CCS：邁向低碳時(shí)代的加速器
近年來(lái)全球二氧化碳的排放量成倍增加，據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前每年有300多億噸二氧化碳排放到大氣層中，其中約有40%來(lái)自發(fā)電廠，23%來(lái)自運(yùn)輸行業(yè)，22%來(lái)自水泥廠、鋼廠和煉油廠。各國(guó)對(duì)二氧化碳的處理卻相對(duì)滯后，專(zhuān)家預(yù)言，如果繼續(xù)照此下去不予治理，那么人類(lèi)將會(huì)為自己的行為付出慘重代價(jià)。于是，二氧化碳的捕獲與封存技術(shù)（CCS）被提上國(guó)際日程。
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 將捕獲的二氧化碳通過(guò)Sleipner油氣田平臺(tái)的高壓管道注入海床1公里下的沙石層之中，讓二氧化碳被Utsira鹽湖所吸收。 |
 Sleipner二氧化碳捕獲與封存項(xiàng)目示意圖。把天然氣中4％至9.5%的二氧化碳分離出來(lái)，再注射到地下封存。 |
從1996年開(kāi)始，挪威國(guó)家石油公司已成功在北海斯萊帕油田捕集和封存了超過(guò)1000萬(wàn)噸的二氧化碳。由此，可從該國(guó)持續(xù)13年的示范項(xiàng)目來(lái)預(yù)測(cè)二氧化碳的捕獲與封存技術(shù)的未來(lái)。
不久前在挪威卑爾根市召開(kāi)的“國(guó)際氣候變化和技術(shù)高層會(huì)議”上，挪威首相延斯·斯托爾滕貝格說(shuō)，挪威希望全世界目標(biāo)一致，與工業(yè)時(shí)代之前的水平相比，將全球平均氣溫升高控制在2攝氏度內(nèi)。為達(dá)此目標(biāo)，到2050年全球溫室氣體排放必須減少50%至85%。然而，實(shí)際上包括煤炭在內(nèi)的化石燃料仍將在未來(lái)幾十年里被使用，因此，二氧化碳捕獲和封存技術(shù)（CCS）對(duì)于實(shí)現(xiàn)全球溫室氣體減排至關(guān)重要。
CCS是把雙刃劍？
CCS是一項(xiàng)用來(lái)從燃煤和燃?xì)獍l(fā)電站和排放密集產(chǎn)業(yè)捕獲和封存二氧化碳的技術(shù)。根據(jù)聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化委員會(huì)(IPCC)的調(diào)查，該技術(shù)的應(yīng)用能夠?qū)⑷蚨趸嫉呐欧帕繙p少20%至40%，這將對(duì)氣候變化產(chǎn)生積極的影響。
現(xiàn)有的CCS技術(shù)能將燃燒煤或石油等化石能源時(shí)捕獲到的二氧化碳埋存到地球的表層，這個(gè)舉動(dòng)著實(shí)有些令人擔(dān)憂(yōu)，畢竟二氧化碳是一種氣體，能否那么聽(tīng)話(huà)，萬(wàn)一四下亂跑、到處逃逸，那可仍舊是個(gè)“禍害”。因此，一直以來(lái)，全世界對(duì)是否采取此項(xiàng)技術(shù)的態(tài)度莫衷一是。
由于擔(dān)心封存于地下的二氧化碳會(huì)出現(xiàn)泄漏，或者對(duì)海洋和陸地生態(tài)造成威脅，目前國(guó)外的一些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目經(jīng)常會(huì)受到公眾和環(huán)保人士的抵制。
就CCS的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)而言，人們的擔(dān)憂(yōu)主要集中在兩點(diǎn)：一是捕獲時(shí)的高投入和高能耗。環(huán)保組織地球之友的《碳捕捉技術(shù)無(wú)法令炭變潔凈》報(bào)告指出：每捕獲1噸二氧化碳的成本大約70美元，最多能夠捕獲90%的二氧化碳排放量。此外，還需要消耗很多能源完成去碳工作，也就是說(shuō)，需要再多消耗25%的煤炭才能將原先產(chǎn)生的二氧化碳去除。
而國(guó)際能源署能源技術(shù)合作部主任安東尼·福魯格曾說(shuō)，CCS理論上可以將火電廠產(chǎn)生90%以上的二氧化碳捕捉起來(lái)，因此可使2050年全球?qū)崿F(xiàn)減排量20%至28%，總量達(dá)100億噸。如果不用CCS，而依靠可再生能源來(lái)實(shí)現(xiàn)這一減排目標(biāo)，則需要多花費(fèi)70%的經(jīng)費(fèi)。也就是說(shuō)，發(fā)展可再生能源來(lái)滿(mǎn)足剩下的減排目標(biāo)會(huì)更加昂貴。
二是埋存二氧化碳的安全性。福魯格主任說(shuō)，目前全世界已勘探出的埋存地點(diǎn)有很多，關(guān)鍵是防泄露。二氧化碳必須依靠地層的壓力維持液體狀態(tài)，否則就會(huì)揮發(fā)到空氣當(dāng)中。
據(jù)挪威國(guó)家石油公司高級(jí)顧問(wèn)卡斯塔德介紹，1996年開(kāi)始投入使用的斯普林特鉆井CCS示范項(xiàng)目每年捕獲及儲(chǔ)存的二氧化碳高達(dá)100萬(wàn)噸，目前沒(méi)有出現(xiàn)任何泄露和地質(zhì)及海洋生物破壞跡象。另外，IPCC的報(bào)告稱(chēng)，二氧化碳可以在地下安全地儲(chǔ)存上百萬(wàn)年，每1000年的泄漏率不到1%。
在很多環(huán)保組織看來(lái)，即使CCS被證明很安全，也不應(yīng)推廣，因?yàn)镃CS本質(zhì)上仍然是一個(gè)過(guò)渡性解決方案，不但會(huì)給化石能源工業(yè)找到新的借口繼續(xù)擴(kuò)大規(guī)模，而且還會(huì)消減本應(yīng)用于發(fā)展可再生能源的寶貴經(jīng)費(fèi)。對(duì)此質(zhì)疑，《聯(lián)合國(guó)氣候變化公約》（UNFCCC）秘書(shū)長(zhǎng)約夫·德波爾回答說(shuō)，他本人從來(lái)沒(méi)有見(jiàn)過(guò)任何一份減排方案不需要借助CCS和核電的幫助，所以他支持CCS。
第一個(gè)吃螃蟹者
那么，CCS究竟是為地球降溫的利器，還是潛伏的暗器呢？
有人說(shuō)CCS是挪威發(fā)明的，也有人說(shuō)老早在美國(guó)就有應(yīng)用。現(xiàn)在誰(shuí)先誰(shuí)后已不重要，因?yàn)樵趯?shí)踐中挪威人已走得最遠(yuǎn)，可以用實(shí)例說(shuō)明一些問(wèn)題。
在卑爾根市，斯托爾滕貝格首相向記者介紹說(shuō)，挪威在二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存方面已有13年的經(jīng)驗(yàn)。北海的Sleipner油氣田從天然氣里分離出二氧化碳，儲(chǔ)存在海底，F(xiàn)在每天分離并儲(chǔ)存的二氧化碳達(dá)2800噸。迄今累計(jì)減少排放1000萬(wàn)噸。研究表明，儲(chǔ)存的二氧化碳沒(méi)有異常活動(dòng)，也沒(méi)有泄漏跡象。挪威還建有世界第一個(gè)裝有CCS裝置的液化天然氣廠。從2008年4月開(kāi)始收集的二氧化碳埋存于巴倫支海的Snohvit油氣田。挪威還將在蒙哥斯塔德（Mongstad）建設(shè)接近零排放的天然氣發(fā)電規(guī)模化示范項(xiàng)目，將分兩期進(jìn)行，預(yù)計(jì)2014年投入運(yùn)行。挪威政府將為整個(gè)項(xiàng)目的建設(shè)提供35億歐元的支持，并提供5億歐元的研發(fā)資金。
1996年，挪威政府將斯萊普尼肯爾氣田地區(qū)作為存碳區(qū)，他們?cè)诰嚯x斯萊普尼肯爾A平臺(tái)幾百米遠(yuǎn)處建立了一個(gè)收集工廠，這個(gè)足球場(chǎng)大小的設(shè)備由 4根混凝土圓柱支撐，放置在常有風(fēng)浪的北海海平面30米之上。二氧化碳通過(guò)高壓管道被注入海床1公里下的沙石層之中，又被一個(gè)長(zhǎng)700公里，寬70公里至 80公里，含多孔砂巖層的Utsira鹽湖所吸收。其上方覆蓋著數(shù)百米不透氣的細(xì)泥巖，二氧化碳在巖層中形成化合物晶體后便能自然沉降。至今過(guò)去13年，相關(guān)技術(shù)專(zhuān)家稱(chēng)，已證明了此項(xiàng)技術(shù)的安全性。
挪威技術(shù)專(zhuān)家說(shuō)：“我們會(huì)對(duì)這些存放地點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)控，如果因?yàn)閹r層的問(wèn)題發(fā)生了泄漏，說(shuō)明這個(gè)地點(diǎn)不適合存放，因此會(huì)將二氧化碳抽出來(lái)。同樣，二氧化碳在巖層中存放的時(shí)間越久，就越穩(wěn)定，最后會(huì)和巖層結(jié)合在一起，如果10年沒(méi)發(fā)生問(wèn)題，100年以上就不會(huì)發(fā)生問(wèn)題。”
目前，世界上有很多的CCS項(xiàng)目正在運(yùn)行中，除了在挪威的項(xiàng)目，還有阿爾及利亞的In Salah項(xiàng)目和加拿大Weyburn項(xiàng)目。這些項(xiàng)目有些將二氧化碳注入海底或地下，有些注入油田，以提高油田的采收率。
在2008年召開(kāi)的北海道八國(guó)峰會(huì)上，各國(guó)能源部部長(zhǎng)們一致建議發(fā)達(dá)國(guó)家盡快建設(shè)20座大型CCS示范項(xiàng)目，向全世界展示CCS的潛力和安全性。從歐洲各國(guó)能源企業(yè)制定的時(shí)間表來(lái)看，在2015年前，在歐洲至少建立10個(gè)大型CCS示范工程的目標(biāo)并不是紙上談兵。歐洲各國(guó)已經(jīng)付諸行動(dòng)，并且在加速賽跑，要在CCS項(xiàng)目上爭(zhēng)當(dāng)?shù)谝弧?/p>
高昂成本誰(shuí)來(lái)買(mǎi)單
與傳統(tǒng)發(fā)電技術(shù)相比，所有用于大型發(fā)電廠分離高濃度二氧化碳的現(xiàn)有技術(shù)都要求大量增加設(shè)備以及消耗能源。這樣其發(fā)電的基本成本會(huì)更高，發(fā)電效率更低。正如多米諾骨牌效應(yīng)，高昂的成本會(huì)影響到電價(jià)上漲，甚至導(dǎo)致社會(huì)經(jīng)濟(jì)波動(dòng)，不僅如此，建設(shè)運(yùn)輸管道，將二氧化碳注入地下的設(shè)備等每一處都需要錢(qián)。如果投入和產(chǎn)出不成正比，哪個(gè)企業(yè)會(huì)笑納CCS呢？
如何保證每一座新建的發(fā)電廠或每一座已經(jīng)存在的舊發(fā)電廠都能夠安裝這些二氧化碳捕集設(shè)備？那么，資金投入是一個(gè)巨大問(wèn)題，該由誰(shuí)來(lái)買(mǎi)單？
在此次研討會(huì)上，來(lái)自各國(guó)政府的代表達(dá)成共識(shí)，由于CCS前期投入巨大并存在一定收益風(fēng)險(xiǎn)，政府應(yīng)該成為碳捕獲及儲(chǔ)存的第一推動(dòng)力。挪威首相斯托爾滕貝格表示，挪威從1991年為減少二氧化碳的排放，開(kāi)始對(duì)向空氣中排放二氧化碳的企業(yè)征收昂貴的碳稅，當(dāng)時(shí)二氧化碳價(jià)格高達(dá)40歐元/噸，從而促進(jìn)了二氧化碳儲(chǔ)存技術(shù)的發(fā)展。在未來(lái)5年挪威政府將投資1.4億歐元用于歐盟部分國(guó)家支持碳捕獲及儲(chǔ)存的技術(shù)應(yīng)用和發(fā)展。
IPCC主席、曾帶領(lǐng)其團(tuán)隊(duì)與美國(guó)前副總統(tǒng)戈?duì)柗窒?007年度諾貝爾和平獎(jiǎng)的經(jīng)濟(jì)學(xué)家拉津德·帕喬里呼吁，各國(guó)政府應(yīng)該把對(duì)CCS的支持納入政府財(cái)政預(yù)算。他認(rèn)為，年底在哥本哈根舉行的世界氣候變化會(huì)議將討論CCS在全球的推廣應(yīng)用問(wèn)題。
歐盟能源部的項(xiàng)目官員斯考特·布洛克特在一次關(guān)于CCS未來(lái)發(fā)展的會(huì)議上說(shuō)，歐盟必須擔(dān)負(fù)起領(lǐng)袖的責(zé)任，從政策到資金方面全力支持CCS的推廣。他還認(rèn)為，歐盟不會(huì)強(qiáng)制所有火電廠必須使用CCS，但會(huì)通過(guò)一個(gè)更加市場(chǎng)化的做法，為發(fā)電廠的溫室氣體排放量規(guī)定一個(gè)上限（比如每度電排放500克二氧化碳），讓電廠根據(jù)市場(chǎng)規(guī)律，自行決定應(yīng)該采用何種技術(shù)減排。
美國(guó)近期即將通過(guò)一個(gè)關(guān)于清潔能源與安全法案（ACES），其中針對(duì)碳捕捉和封存制定了應(yīng)用CCS的激勵(lì)措施，創(chuàng)建了一個(gè)由配額分配資助的大型應(yīng)用項(xiàng)目。提供充足資金支持安裝有CCS的最高達(dá)72GW的發(fā)電裝機(jī)容量。某些工業(yè)設(shè)施（如乙醇和化肥廠）也有資格參與。參與者根據(jù)績(jī)效獲得獎(jiǎng)勵(lì)，項(xiàng)目開(kāi)展越早，捕捉率越高，獲得的獎(jiǎng)勵(lì)越多。同時(shí)制定燃煤電廠標(biāo)準(zhǔn)。新的燃煤電廠如果在2020年后獲得大氣污染許可證，必須至少減少65%的排放。2009年到2015年獲準(zhǔn)修建的電廠必須采用CCS，按規(guī)定的裝機(jī)容量運(yùn)行4年之內(nèi)，應(yīng)至少減少50%的排放。新電廠獲得獎(jiǎng)勵(lì)的資格有時(shí)間限制，因此鼓勵(lì)盡早采用 CCS技術(shù)。
發(fā)展中國(guó)家的潛力
按照目前的技術(shù)水平，用煤炭發(fā)電平均每度電要排放大約1000克二氧化碳，而如果改用天然氣，則只排放大約500克。國(guó)際主流意見(jiàn)認(rèn)為，目前全世界的煤炭?jī)?chǔ)量至少還可以支持100年，煤電廠在短時(shí)期內(nèi)很難被淘汰。而一些發(fā)展中國(guó)家，煤炭是不可替代的能源。
IPCC主席帕喬里強(qiáng)調(diào)，發(fā)達(dá)國(guó)家有義務(wù)將類(lèi)似CCS的減排技術(shù)向發(fā)展中國(guó)家提供援助，以盡快達(dá)到全球共同減排目標(biāo)，阻止全球變暖進(jìn)一步惡化，緩解人類(lèi)對(duì)氣候變化的恐懼和擔(dān)憂(yōu)。
歐盟計(jì)劃從現(xiàn)在起到2015年為止，將在歐洲建設(shè)12座大型CCS示范電廠，為2020年開(kāi)始向全世界大規(guī)模商業(yè)推廣做準(zhǔn)備。根據(jù)IEA的預(yù)測(cè)，從現(xiàn)在開(kāi)始到2050年新增的火電廠絕大部分都將集中在發(fā)展中國(guó)家，因此歐盟十分重視與發(fā)展中國(guó)家的合作。
英國(guó)農(nóng)業(yè)環(huán)境與食品公共事務(wù)部項(xiàng)目官員黛比·斯托克維爾介紹說(shuō)，英國(guó)已于2007年11月開(kāi)始和中國(guó)科技部開(kāi)展了一項(xiàng)為期2年的合作，在中國(guó)進(jìn)行CCS可行性研究，以及對(duì)相關(guān)人員展開(kāi)專(zhuān)業(yè)培訓(xùn)，為將來(lái)可能的技術(shù)轉(zhuǎn)讓做準(zhǔn)備。雙方還在中國(guó)境內(nèi)開(kāi)展了一次針對(duì)填埋地點(diǎn)的普查，目前已經(jīng)探查到46個(gè)廢棄油氣田，二氧化碳填埋潛力為72億噸；68個(gè)沒(méi)有開(kāi)采價(jià)值的地下煤層，潛力為120億噸；24個(gè)鹽水層，潛力為14350億噸。這些潛在的填埋地點(diǎn)主要集中在東北、華北、西北、西南地區(qū)，以及黃海和東海一帶。
中國(guó)的一些企業(yè)和科研院所與國(guó)際有關(guān)機(jī)構(gòu)合作正在開(kāi)展CCS的前期評(píng)價(jià)，一些西方國(guó)家政府已著手與中國(guó)合作開(kāi)展建設(shè)二氧化碳捕集工廠的前期研究工作。中澳合作的國(guó)內(nèi)首座燃煤電廠煙氣二氧化碳捕集示范工程——華能北京熱電廠二氧化碳捕集工程，自2008年7月16日建成以來(lái)，已經(jīng)成功捕集并提純出 1500余噸純度為99.99％的二氧化碳。
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