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碳捕捉(Carbon capture and storage,简称CCS)

(图)CCSCCS

  碳捕捉,就是捕捉释放到大气中的二氧化碳,压缩之后,压回到枯竭的油田和天然气领域或者其他安全的地下场所。吸引力在于能够减少燃烧化石燃料产生的有害气体——温室气体。在世界石油会议(WPC)上,能源行业的老总们都热切希望把它当作一个解决气候将变暖的方案。但是,技术瓶颈仍然存在,大规模发展的价格依然昂贵,让项目进行困难重重。
  一个经常被谈及的可能性就是碳捕捉和封存(Carbon capture and storage,简称CCS),也就是把二氧化碳深埋于地下。能源公司对这项技术有着很高的期望。
  但是有两个问题。其一是没人知道这项技术是不是真的那么管用(或者说,是不是深埋的二氧化碳不会泄露)。另外一点便是虽然我们还不知道效果如何,可以肯定的一点是CCS技术很贵--它高昂的成本甚至使替代能源都显得十分具有吸引力。

原理
  “捕捉”碳并不难。二氧化碳和胺类物质发生反应。二者在低温情况下结合,在高温中分离。这样,可以使电厂产生的废气在排放前通过胺液,分离出其中的二氧化碳;之后在适当的地方加热胺液就可以释放二氧化碳。更好的方法是使煤和水发生反应,产生一种二氧化碳和氢气的混合物。在这种混合物中二氧化碳含量比一般电厂废气中的更高,所以更容易分离。之后燃烧的就是纯氢气了。
  这套处理工序成本很高,但没有证据表明这个方法是没有效果的。丹麦一家使用单乙醇胺做二氧化碳吸收剂的实验厂已经运行了两年。法国的阿尔斯通公司一所设在威斯康星的使用氨水捕捉碳的实验基地也即将建成完工。
  真正麻烦的是下一个步骤。二氧化碳的需要长期埋藏,因此必须达到很多要求。要成功地封存二氧化碳,需要一块地下1000米以下的岩体。在这样的深度,压力将二氧化碳转换成所谓的“超临界流体”,而在这样的状态下二氧化碳才不容易泄露。另外,这片岩体还要有足够多的气孔和裂缝来容纳二氧化碳。最后,还需要一块没有气孔和裂缝的岩层防止泄露。

(图)CCSCCS

成本
  关于成本,根据麻省理工大学去年发表的一份报告,捕捉每吨二氧化碳并将其加压处理为超临界流体要花费25美元,将一吨二氧化碳运送至填埋点需要花费5美元。这也就是说,发电厂每向大气中排放一吨二氧化碳就要支付30美元;这一数字接近联合国政府间气候变化专门委员会建议的碳价格的中间值和欧盟现行的碳价格。另外,一份由一家名为Synapse Energy Economics的咨询公司发布的报告提出,美国的能源公司已经开始在内部审计中按每吨3元到61元不等计算碳价。而这一范围的中间值也是30美元。
  这样的价格,无论是作为碳税还是在排放权交易的制度中,都将大大改变能源经济。但即使是CCS最乐观的拥护者也质疑这项技术在2020年之前是不是真的能得到大范围推广。而到了那个时候,无论是地球的气候还是政治环境都会大不相同。
  位于伊利诺伊州的“未来发电”项目是一次调查CCS在实际发电中效果的认真尝试。但这个项目于一月份宣告取消,原因是预计成本从8亿3000万美元猛增至18亿美元。
[编辑本段]困难
  必须克服的困难是令人畏缩的,它要求国际合作、创新、巨额投资项目和公众接受。所有这些都要通力配合才能敌过全球变暖的步伐。
  首先,在化石燃料和能源生产的过程中捕捉二氧化碳所需的费用是极其昂贵的。
  第二,埋藏地点必须经过检验。在那儿,二氧化碳不能泄漏,必须修建包括油轮和管道在内的设施来运输二氧化碳到这些地点。
  第三,由于成本原因,还没有各类环保公司有意向在(碳捕捉)CCS技术上进行投资,美国麻省理工学院的一项研究提出碳捕捉(CSS)处理二氧化碳的成本约30美元(19欧元)每吨。这就要求要么提高碳税抵消排放成本,采取碳排放限定及交易许可来取得税金,或者直接采用大量的政府补贴。专家说,面临着市场不断地全球化,一个使二氧化碳排放付出代价的绿色国际协议很有必要。有排放成本才会促使一些企业改进生产,减少污染。
  第四,对于在陆地而不是海上存储,公众可能会有反对意见,因为地震或者其他地质事件有可能将巨大的温室气体重新发散到大气中。
  作为天然气精炼以及氨、氢工厂工业过程的一部分,在能源生产中分离出了二氧化碳已经基本成功,所以碳捕捉已经完成,下一个目标就是寻找合适的埋藏地点了。

(图)CCSCCS

意义
  CCS技术不仅可以对气候变化产生作用,还可以实现一定的商业价值。被捕获的碳可以用于石油开采,冶炼厂,甚至汽车业。二氧化碳可以变废为宝,将石油的采收率提高至40-45%。
  美国能源部发布的一份报告显示,目前美国剩余的石油可采储量为200亿桶,如果采用二氧化碳注入提高可采储量的话,其储量最多可增加至1600亿桶,潜力相当大。英国政府目前正在考虑将捕获的碳储存到北海油田采空石油后留下的空洞中,而且要把北海油田变为一个碳存储基地。

示范工程
  到现在为止,只有三个成功的CCS项目处在进行中。
  Weyburn-Midale项目填埋的是北达科他萨斯喀彻温省一座废弃油田的煤炭气化厂产生的二氧化碳。英国石油公司经营的阿尔及利亚萨拉油田项目把从当地生产的天然气中提取的二氧化碳输入地下。挪威大型石油天然气公司国家石油公司也在北海的有两处类似的项目。而这些项目事实上都与发电没有关系。几年之前,这些项目还大受追捧。但现在,追捧者开始紧张了,不敢立刻上马新的项目。
  问题很严重。上述的三个“示范工程”每个每年处理100万吨二氧化碳,但仅美国的发电厂每年二氧化碳排放量就达到15亿吨。这也就意味着仅美国就要找1500个合适的地点建立CCS项目,而且没人知道在美国是不是真的能找到那么多合适的地方。甚至把如此大量的二氧化碳运到处理厂也是一个巨大的工程。
[编辑本段]规划
  按照欧盟的规划,德国将建设2个CCS示范工程,荷兰有3个,英国有4个。德国,荷兰,英国,西班牙和波兰将分别获得约2.45亿美元的投资。除此以外,意大利将获得1.35亿美元,法国将获得6700万美元用于二氧化碳运输基础设施建设。
  刚刚结束的八国集团峰会上,各国领导人继续就能源和气候问题达成共识。欧洲希望在2010年至少有20个发电厂使用CCS技术,并实现规模化和商业化。到2015年,欧洲至少要建立10个大型示范工程。那么到2020年,CCS技术就可以在全球范围内实现广泛的商业应用。要实现这个目标,这些发达国家需要在今后10多年内投入200亿美元。

目录

碳捕捉技术:拯救地球的技术还是谈判的筹码?编辑本段回目录

听起来似乎是天方夜谭——人类试图将自己制造的二氧化碳赶回地下。近一年以来,这几乎是所有政治家的口头禅。政治家们坚信,一项名为二氧化碳捕集封存的技术能够拯救地球,弥补人类几百年工业化进程中所犯的错误。

对那些不愿意改变自身能源消费结构的国家来说,碳捕捉技术具有极大的吸引力,也让政治家们为气候谈判披上了又一件新外衣。然而,这项技术是否真能拯救地球,现在并不确定。

(图)CCSCCS

CO2换石油?

听起来似乎是天方夜谭——人类试图将自己制造的二氧化碳赶回地下。近一年以来,这几乎是所有政治家的口头禅。

政治家们坚信,一项名为“CCS”(二氧化碳捕集封存)的技术能够拯救地球,弥补人类几百年工业化进程中所犯的错误。

通俗而言,CCS就是在二氧化碳排放之前就对其捕捉,然后通过管线或者船舶运到封存地,最后压缩注入到地下,达到彻底减排的目的。

从CCS发展路径上来说,这并不是一个新鲜玩意。CCS曾被业界打入冷宫长达30年。上个世纪70年代,为了提高石油的采收率,美国得州的油田曾将二氧化碳注入地下。

为这项技术重新注入活力的是气候变化。

在气候变化成为公众话题,以煤为主的能源消费格局不会短期改变的情况下,业界认为CCS似乎是控制二氧化碳的必然选择。

政治家们成为最大的鼓吹者:奥巴马政府宣称在未来10年投入4.5亿美元在美国7个地区进行CCS项目试验。八国集团峰会上,欧洲甚至制订了CCS推广时间表——到 2010年,至少有20座发电厂使用CCS技术,到2020年前,欧洲和美国开始推广该技术,并在2025年前在全球推广。

看起来,这几乎是一个势不可挡的趋势。就连市场的活动主体,各大公司也开始介入CCS研发的大军中来。道达尔、雪佛龙、意大利国家电力公司、BP、壳牌试图抢先在这一领域占据一份市场份额。

以道达尔在法国西南部比利牛斯-大西洋省Lacq气田开展的CCS试验项目为例,按照道达尔的估算,两年里将有15万吨二氧化碳被捕集和封存,这相当于5万辆汽车的二氧化碳排放量。

好的想法并不一定会成为所有人的共识。长期在中美之间奔波的能效问题专家程裕富指出,CCS是一项原理简单运行复杂的技术,使用起来相当昂贵,而且具有高耗能和有泄漏的风险。

这并不是危言耸听。至少目前,世界范围内的CCS项目还没有真正进入大范围的商业化运营的阶段,只在示范运行。这意味着,一旦CCS没有驱动力,即使政府花费巨资也会失去其竞争力。

昂贵的技术

黄斌,这个研究二氧化碳捕捉的学者毫不避讳CCS技术存在的问题。在接受记者采访前一天,他还到华能北京高碑店热电厂看了一眼CCS装置运行情况。

黄斌是华能西安热工研究院二氧化碳控制与减排研究所所长。

华能北京高碑店热电厂是我国目前惟一在热电厂实现工业级应用碳捕集技术的项目。该项目于去年7月开始运行。黄斌所在的单位为此提供技术支持。

高碑店热电厂每年约排放400万吨二氧化碳,碳捕集系统能够捕集其中的0.075%,约3000吨,而捕集能耗占电厂能耗则在30%以上。

显然,其捕集的二氧化碳并不多,“几乎不到1%”。之所以如此,因为二氧化碳捕集装置的能耗一般都比较高,耗资比较大。

(图)CCSCCS

以30万千瓦规模的电站,一年捕集100万吨二氧化碳为例,以往的电站投资大致在每千瓦4000元,一旦加上CCS装置,其成本将变成每千瓦8000到10000元。这意味着30万千瓦的电站几乎增加一倍以上的投资,达12亿元之巨。

那么效益如何呢?目前火电厂发一度电大约排放一公斤二氧化碳,但是要对其进行捕捉,其中要耗费大量的能源、蒸汽甚至电,这样发一度电几乎要增加30%能耗,电价成本大概提高20%到30%。“谁来承担成本,而且要长期承担?”黄斌反问道。

绿色和平气候与能源项目经理杨爱伦指出,目前在CCS技术尚未成型的阶段,即使有为数不多几个项目处于商业运行,其主要应用方向还是产油国公司将二氧化碳注入地下,以求扩大石油产量。

目前,业界有三种二氧化碳捕集方法,分别是燃烧前、燃烧后以及富氧燃烧。专家分析认为,燃烧前捕集适合于未来新建电厂,燃烧后捕集适用于现有电站改造。中国开展的燃烧前捕集的案例就是华能的绿色煤电计划,燃烧后捕集的案例为华能北京热电厂,而富氧燃烧现在还在清华大学试验。

和中国相同的是,其他国家的CCS项目目前也处于试验示范阶段,只是他们开始投入“巨资”研发此项技术,比如欧洲委员会近期宣布投入14亿美元在欧洲各国建立CCS示范工程。

当然,环保主义者担心的不止是成本,他们还担心人类并不能控制储藏在地下的二氧化碳重新泄漏出来。所以当欧洲委员会公布方案之时,争议声一片。

对此,先期研发CCS技术的公司宣称不会有这种事情产生。

以道达尔的CCS项目为例,从地理位置上,道达尔的Lacq气田与居民区很近,可以说是“人口相对而言比较稠密的区域”。开始CCS试验之时,当地居民担心浓缩的二氧化碳封存在地下是否安全。“我们的项目在提交官方批准前,公司就和地方当局、社区组织和居民个人进行广泛沟通,详细介绍项目情况和专家的评论,让公众了解当地地质条件适合封存二氧化碳。”道达尔CCS项目负责人NicolasAimard表示。

CCS背后的气候政治

可以肯定的是,CCS技术对那些不愿意改变自身能源消费结构的政治家具有很大的吸引力。

长期参加各项气候谈判的杨爱伦的一个深切体会是,CCS技术本身的研究、谈论是一个不带偏见的讨论,但是当西方国家一旦将CCS作为解决气候变化的主要方案,则使讨论具有了很大的政治意义。

“欧洲国家有很多应对气候变化的方法,之所以本国投入巨资发展CCS技术,他们的理由是‘中国需要,中国有很多的煤电厂’。”杨爱伦说。

目前在中国的8亿千瓦的电力装机中,火电装机的比例达到了四分之三。中国似乎是这项技术的最大消费者。

联合国气候变化委员会已经意识到,到2050年,世界的主要的能源结构还是以煤炭为主的火力发电,因此CCS将成为温室气体减排的主要技术方向。 这将不可避免地成为发展中国家的压力。当然,发达国家对此也会有很大的压力,特别是以煤作为主要能源的国家,如美国和澳大利亚等。

据专家介绍,在气候谈判中,发展中国家特别是印度比中国更为抗拒CCS技术。在这些发展中国家看来,目前,发展中国家已经有很多技术成熟、发展空间非常大的减排技术,但是这些技术还未被大规模应用。如果发达国家确实想援助资金,这些才是最重要的领域。

显然,中国不能被CCS绑死。能效问题专家程裕富告诉南方周末记者,目前CCS在中国的发展态势是,CCS技术公司在极力推动项目的进展,火力发电厂试图反对这种技术的可行性,政府积极鼓励技术的研发和合作。

之所以如此,一方面,CCS技术的可行性不太确定,更关键的是CCS是在对减排的义务上的要求。中国在这方面采取比较谨慎的态度。

确实如此,从中国的角度来说,似乎也不愿意被西方牵着鼻子走。此前,南方周末和国家发改委的相关官员接触之时,官员们对此项技术并不完全认同。在他们看来中国更“紧迫”的事情还有很多。

当然,对于吃了很多亏的中国而言,更现实的想法是不在这轮技术浪潮中失去话语权。“中国以前谈论二氧化碳捕集,所使用的数据全部是国外的,现在做了自己的技术研发有利于国家高层在政策判断时有据可依。”黄斌说。

黄斌至今记得20年前,中国电力行业根本无法判断电厂是否应该搞脱硫装置,后来当脱硫装置成为世界公认规则之时,发现自己的水平却不行,“国家巨大的脱硫商机就让给了国外”。

他说,“我们无法判断未来是否会大规模进行二氧化碳捕集和封存,但是有这种可能性。”

“碳捕捉”成为碳投资新宠 编辑本段回目录

一项名为“碳捕捉”技术的应用将能使发电行业二氧化碳的排放量减少20%到40%,为各国快速实现碳减排目标和发展新能源赢得时间

(图)CCSCCS

你可能想不到,你喝的可乐所含二氧化碳可能是从电煤燃烧产生并“捕捉”而来。北京市场上已经出现这种可乐,里面的二氧化碳来自华能集团北京热电厂燃烧产生的废气。

这得益于一项称为碳捕捉与封存(CCS)的新技术,简单的原理就是在煤燃烧的过程中,通过一定的化学反应将二氧化碳捕捉下来,使之不排放到大气中,再经过压缩、运输,将其封存在枯竭的油田和天然气领域或者其他安全的地下场所。这项技术被认为是短期之内应对气候变化最重要的技术之一,可为各国快速实现碳减排目标和发展新能源赢得时间。当然,被捕获的二氧化碳也可以变费为宝,用于罐装可乐。据能源研究机构统计,当前全球发电行业所排放的二氧化碳占全球总排放量的40%,而CCS技术的应用将能够使发电行业二氧化碳的排放量减少20%到40%。

碳捕捉作为减排新宠正悄然走俏。近日,欧洲委员会宣布投入14亿美元在欧洲各国建立13个CCS示范工程,大大超过了对风电以及其它新能源技术的投资。美国能源部也计划在未来10年内投入4.5亿美元,在美国7个地区进行CCS项目实验。中美两个总量占世界30%的碳排放大国,能源结构也都高度依赖火电,美国为45%,中国则高达78%。据英国《卫报》报道,中美之间正在就协同抗击气候变化密切接触,并已达成三条谅解备忘录,其中之一就是CCS等技术的合作研发。

在中国,能源企业正积极投入CCS技术的自主研发和示范项目建设。2004年华能集团就在国内率先提出了绿色煤电计划,并于2005年底,联合大唐、华电、国电、中电投、国投、神华、中煤七家大型央企组建了绿色煤电公司,将用10年时间,分三个阶段,开发出可推广的绿色煤电示范电站。据绿色煤电有限公司生产科技与国际部林凯经理透露,今年7月初,第一阶段的依托项目天津25万千瓦级IGCC(整体煤气化燃气-蒸汽联合循环)电站示范工程将举行开工典礼,2011年底投产发电。

神华集团则在研究利用CCS技术减少煤制油项目的二氧化碳排放。据气候组织CCS项目经理尹乐介绍,神华目前正在研发和评估国内首个碳捕捉和封存项目——鄂尔多斯100万吨直接煤制油配套工程,预计1-2年内进行规模实施。

  中国政府也愿意推动CCS的科研与示范项目建设,但前提是得到发达国家更多的技术和资金支持。

技术和资金目前也是全球发展CCS的主要瓶颈。据绿色煤电有限公司生产科技与国际部研发工程师刘宇介绍,虽然二氧化碳的捕捉和运输技术都比较成熟,地质埋存也有先例,但到目前为止,全世界还没有一座大型的完整的二氧化碳捕集、运输到封存的产业链系统,同时,CCS的大规模推广又依赖于大型示范工程经验的积累。目前CCS技术成本很高,捕捉每吨碳大约需20-40美元。降低成本的最终途径,要靠技术进步和产业化的推进。解决这一系列问题都必须依赖各国政府的政策、资金支持和国际间合作。气候组织CCS项目经理尹乐说,“No policy, no CCS。”去年G8会议提出,在2010年以前,由各国政府支持在全球范围内建设20个CCS示范项目,以保证到2020年时实现CCS商业化。今年5月27日,全球首次CCS高级别会议在挪威卑尔根召开。会议目标非常明确:推动CCS纳入COP15协议框架的进程以及将CCS纳入全球碳交易体系。

不过,CCS并非人见人爱的项目,反对者一方面对把大量二氧化碳永久封存在地下的安全性存在顾虑,另一方面担心它会把有限的政府资金从现有的再生能源项目上转移出去。   

开启投资碳捕捉之门编辑本段回目录

    28日,中美双方就能源问题在首轮中美战略与经济对话中进行了对话,双方表示,能源和环境问题是中美两国共同面临的严峻挑战,两国在发展清洁能源方面有着共同利益。
    清洁能源是不排放污染物的能源,其中包括“可再生能源”。发展清洁能源已经成为各国政府应对能源安全、气候变暖的有效措施。

(图)CCSCCS

    1997年12月,世界149个国家和地区共同签署了全球性公约———《京都议定书》,首次以法规的形式限制温室气体排放,其中明确规定两个发达国家之间可以进行排放额度买卖的“排放权交易”(即清洁发展机制CDM)。这一机制将二氧化碳这个全世界都排斥的温室气体变成了被追捧的宠儿,也极大地为节能减排和新能源产业的发展开辟了全新的道路。
    目前,人类平均每年排放300亿吨二氧化碳,造成了严重的温室效应和环境污染。人类排放二氧化碳的主要途径是化石燃料、土地使用和森林砍伐。其中,40%来自发电厂,23%来自运输行业,22%来自水泥厂、钢厂和炼油厂。
    有效利用二氧化碳不仅可以减低温室效应对人类的威胁,还能产生巨大的经济效益。
    截止到2009年5月22日,我国企业共出售了1.27亿吨的二氧化碳排放权,按平均每吨10欧元计算,获得收入130亿元人民币。在这117个项目中,新能源与可再生能源和提高能效项目就占到了90%左右的份额。
    随着新一轮全球气候问题大讨论的展开,一项针对二氧化碳的利用技术———“碳捕捉”(简称CCS)成为了新能源技术中的热点。
    “CCS”指捕捉释放到大气中的二氧化碳,经压缩后,封存到枯竭的油田或其它安全的地下场所。欧美能源专家在上世纪70年代便开始研究该技术。据能源研究机构统计,依据CCS技术的应用将能够使发电行业二氧化碳的排放量减少20%到40%。
    专家呼吁:要解决全球变暖、资源短缺而引发的“气候危机”和“能源危机”,最佳出路就是通过CCS技术使二氧化碳变废为宝。
    实际上,二氧化碳捕集的最终目的,是实现二氧化碳的资源化。二氧化碳的使用范围广泛,在消防上可做成干冰,在机械加工领域可做弧焊保护气,在化工生产是重要原材料,食品级的二氧化碳在啤酒饮料、蔬菜保鲜、烟丝膨化等领域中的应用也很广泛。
    有专家指出:二氧化碳捕捉和封存是应对“环境危机”的一项积极有效措施,发展CCS与发展可再生能源如水力发电、风力发电、太阳能、生物能(沼气)、海潮能等更为意义重大。
    美国能源部部长朱棣文日前访问中国时,在发表题为《应对能源与气候变化的挑战》的演讲中表示,美国正在大力研究IGCC(整体式煤气化联合循环)等技术和补充燃烧二氧化碳捕捉方法,目标是在8到10年之内开始实现碳捕捉和封存技术的商业化应用。
    奥巴马政府已着手将“碳捕捉”就列入推荐清洁煤的关键一环,计划在未来10年投入4.5亿美元进行7项碳捕捉和封存项目实验,支持对该领域的许多研究和发展,包括薄膜技术,相分离法、催化捕捉等技术,在该领域加速CCS的国际合作部署。
    由于煤炭在中国的能源中占到80%的比例,可行的途径就是尽快推行CCS技术,同时投入对可再生能源的研究。目前,中国的一些企业和科研院所与国际有关机构合作正在开展CCS的前期评价,一些西方国家政府也已着手与中国合作开展建设二氧化碳捕集工厂的前期研究工作。
    国内专家指出,在当前应对全球气候变暖的国际大背景下,利用二氧化碳的一项最佳技术就是利用其开采石油再将其埋存在油藏中,不仅可以提高石油采收率,而且能减轻温室效益,既实现了减排的社会效益,又可以产生巨大的经济效益,可谓一石二鸟。
    在中国,CCS的投资之门已经打开,能源企业正积极投入CCS技术的自主研发和示范项目建设。2004年华能集团就在国内率先提出了绿色煤电计划,并于2005年底,联合大唐、华电、国电、中电投、国投、神华、中煤7家大型央企组建了绿色煤电公司,将用10年时间,分三个阶段,开发出可推广的绿色煤电示范电站。
    2008年由中澳合作的国内首座燃煤电厂烟气二氧化碳捕集示范工程———华能北京热电厂二氧化碳捕集工程,成功捕集并提纯出1500余吨纯度为99.99%的二氧化碳,循环后的碳被用于可乐等碳酸饮料和干冰的制作。这标志着二氧化碳气体减排技术首次在我国燃煤发电领域得到应用。自建成以来,经过紧张施工、调试、试生产,二氧化碳回收率大于85%,年可回收二氧化碳3000吨。
    相关数据统计显示,我国目前排放的二氧化碳多达38亿吨,随着新建火力发电厂、水泥厂和煤化工项目的增加,二氧化碳排放量仍将持续增加。可见,相比可再生能源,投资CCS将成为一个新的方向。
    不过,当前技术和资金是全球发展CCS的主要瓶颈。CCS技术成本很高,捕捉每吨碳大约需20—40美元。降低成本的最终途径,要靠技术进步和产业化的推进。解决这一系列问题都必须依赖各国政府的政策、资金支持和国际间合作。

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标签: 碳捕捉 CCS

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同义词: Carbon capture and storage

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