碳捕獲耗水巨大 實(shí)用前途未卜
拋開所有關(guān)于向綠色能源轉(zhuǎn)型的談?wù)，煤炭在可預(yù)見(jiàn)的將來(lái)仍然是我們生活中不可或缺的，因?yàn)樗阋艘蔡S富了。但是，如果我們真打算認(rèn)真減排的話，那些隨處可見(jiàn)、每年都會(huì)向大氣中排放數(shù)十億噸二氧化碳的煤炭發(fā)電廠就得大幅度削減它們的排污量了。這些工廠能夠在未來(lái)幾年中開始捕獲自身的大部分二氧化碳排放并將之深埋入地下、海底，或者轉(zhuǎn)化為礦物形式儲(chǔ)存，這是業(yè)界最大的希望。
但是碳捕獲技術(shù)存在一個(gè)很大的缺陷：工廠生產(chǎn)并輸出每千瓦電的耗水量會(huì)因此增加近一倍，這輕而易舉地就抵消了節(jié)水技術(shù)創(chuàng)造的收益。
“這項(xiàng)技術(shù)并不是在用水受限的環(huán)境下開發(fā)的。” 美國(guó)能源部國(guó)家能源技術(shù)實(shí)驗(yàn)室（NETL）現(xiàn)存能源工廠改造項(xiàng)目的技術(shù)經(jīng)理賈萊德?西弗諾（Jared Ciferno）說(shuō)，“（碳）捕獲需要消耗能量，而這轉(zhuǎn)化成了額外的用水。”
到底需要多少水？這個(gè)數(shù)字是非常令人震驚的。根據(jù)NETL的研究，到2030年，加裝碳捕獲裝置將使美國(guó)電力行業(yè)的用水量增加80%，即大約每天7500兆升。對(duì)于缺水地區(qū)的工廠來(lái)說(shuō)，這是一個(gè)無(wú)法達(dá)成的交易。“要有充足的水供應(yīng)保證所有的工廠都可以雙倍用水，這是不可能的。”亞利桑那州鹽河工程的資源規(guī)劃經(jīng)理約翰?科金斯（John Coggins）說(shuō)。
這一數(shù)字的前提是，假設(shè)碳捕獲系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)造成的發(fā)電量損耗可通過(guò)增建更多的水冷煤炭發(fā)電廠彌補(bǔ)。換句話說(shuō)，一個(gè)550兆瓦的發(fā)電廠既要捕獲碳排放，同時(shí)還要提供550兆瓦的電力，就需要再增加125兆瓦以上的額外發(fā)電能力，以彌補(bǔ)在碳捕獲過(guò)程中被消耗的能源。如果你不彌補(bǔ)損失的這部分電量，或者利用風(fēng)電等不需要水也不產(chǎn)生排放的方式來(lái)彌補(bǔ)，那么增加的用水量可能是40%到50%，西弗諾說(shuō)。
這個(gè)水量也不少。對(duì)于煤炭發(fā)電廠來(lái)說(shuō)，現(xiàn)有最先進(jìn)的碳捕獲技術(shù)是氨劑濕式洗滌（amine-based wet scrubbing）：首先將工廠的煙道氣脫硫，剩下氮?dú)、水蒸汽和二氧化碳的混合物；然后加入氨溶液，讓二氧化碳溶解于其中；再用加熱的方式使二氧化碳從溶液中分離；最后進(jìn)入冷卻塔。
這個(gè)過(guò)程之所以會(huì)消耗大量水資源，原因就在于冷卻。發(fā)電廠的冷卻塔通過(guò)使水變成蒸汽的方式來(lái)帶走熱量。二氧化碳冷卻至超臨界狀態(tài)后可壓縮存儲(chǔ)；而氨則被冷卻以便循環(huán)用于吸收二氧化碳，但這一操作本身也會(huì)產(chǎn)生熱量，從而導(dǎo)致冷卻塔增加了額外負(fù)荷，消耗的水也就更多。
西弗諾說(shuō)，要想真正減少二氧化碳排放，就必須開發(fā)節(jié)水碳捕獲技術(shù)。NETL目前主要研究如何降低碳捕獲過(guò)程中的能耗，并認(rèn)為這或許可以一舉兩得地解決用水過(guò)多的問(wèn)題。NETL的研發(fā)計(jì)劃可能是這一領(lǐng)域最大的，現(xiàn)有40個(gè)項(xiàng)目，年預(yù)算達(dá)5000萬(wàn)美元。其目標(biāo)是使碳捕獲技術(shù)到2020年達(dá)到商用規(guī)模，可捕獲煤炭發(fā)電廠90%的排放，同時(shí)將該電廠發(fā)電成本的增加幅度控制在35%以下。
歐洲和美國(guó)的工業(yè)企業(yè)已經(jīng)在實(shí)施幾個(gè)小型碳捕獲試點(diǎn)項(xiàng)目。然而，目前還沒(méi)有哪個(gè)項(xiàng)目可以將規(guī)模擴(kuò)大到能使工廠產(chǎn)生明顯的節(jié)水效果。比如，法國(guó)的阿爾斯通電力公司使用冷凍氨捕獲法，認(rèn)為更節(jié)能節(jié)水。該公司去年在美國(guó)電力公司位于西弗吉尼亞州紐黑文的一個(gè)20兆瓦的試驗(yàn)電站測(cè)試了這項(xiàng)技術(shù)。美國(guó)電力公司計(jì)劃自2015年起，利用該技術(shù)來(lái)捕獲紐黑文發(fā)電站一個(gè)235兆瓦機(jī)組的碳排放。
德國(guó)西門子能源集團(tuán)也開發(fā)了一項(xiàng)替代技術(shù)，使用氨基酸鹽而不是氨，可以吸收更多碳，從而降低能耗。目前已證實(shí)該技術(shù)只需浪費(fèi)工廠9%的電力就可實(shí)現(xiàn)碳捕獲，相比之下，使用氨通常要浪費(fèi)20%的電力。
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