碳捕捉

碳捕捉，即    （），含義業產二氧化碳各段捕捉儲存程。

談及碳捕捉封存（），二氧化碳深埋。源司項技術（圖）。

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碳捕捉，含義為將工業生產中的二氧化碳用各種手段捕捉，然後儲存或者利用的過程。吸引力在於能夠減少燃燒化石燃料產生的有害氣體——溫室氣體。

“捕捉”碳並不難。二氧化碳和胺類物質發生反應。二者在低溫情況下結合，在高溫中分離。這樣，可以使電廠產生的廢氣在排放前通過胺液，分離出其中的二氧化碳；之後在適當的地方加熱胺液就可以釋放二氧化碳。更好的方法是使煤和水發生反應，產生一種二氧化碳和氫氣的混合物。在這種混合物中二氧化碳含量比一般電廠廢氣中的更高，所以更容易分離。之後燃燒的就是純氫氣了。

這套處理工序成本很高，但沒有證據表明這個方法是沒有效果的。丹麥一家使用單乙醇胺做二氧化碳吸收劑的實驗廠已經運行了兩年。法國的阿爾斯通公司一所設在威斯康星的使用氨水捕捉碳的實驗基地也即將建成完工。

對二氧化碳的捕捉主要有三種方式：

● ● 燃燒后捕捉（post-combustion capture，簡稱 PCC）：顧名思義，就是在工藝的燃燒部分之後進行捕捉。由於一般對CO2的捕捉多用於發電廠，因此往往在電廠燃燒段之後放置一吸收分離裝置，使用溶劑對CO2進行吸收，最後則吹脫出CO2氣體並壓縮，進入運輸管道。

● ● 燃燒前捕捉（pre-combustion capture或integrated gasification combined-cycle，簡稱 IGCC）：與PCC相反的，在IGCC中首先通入氧氣或者空氣，將煤炭和生物質燃料等原料氣化，再進入燃燒段進行反應，與此同時通入一定的水蒸氣，最終的產物有CO2、CO、H2、N2以及硫化物等。由於此時的混合合成氣（syngas）氣壓很高（約30-50個大氣壓），對CO2的分離就變得容易很多。最後CO2經過吸收/吸附/膜分離等技術處理后被壓縮和運輸，進入下一個步驟。剩下的氣體則或被排空（N2等），或被再次利用（CO、H2等）。

● ● 氧氣燃燒（Oxy-combustion)：該方法主要是通過將空氣中的氮氣與氧氣分離，使用純氧對燃料進行燃燒，從而可以提高燃燒效率（大約提高17%-35%），提高CO2的純度，降低CO等副產物的產生。

上述三種方法各有優缺點，可以用於適應不同的情況：

● PCC主要的優點在於改造幅度最小，從而意味著最小的改造資金投入，一般認為是比較經濟的做法，在歐盟地區得到普遍的採用。該方法主要使用0.3g/g的乙醇胺（C2H7NO)溶劑對CO2進行吸收，從而也帶來一些問題，比如：乙醇胺溶液的再生需要耗費巨大的能量，溶劑的揮發對環境的影響以及其降解產物的影響等。所以之後也有學者研究了替代溶劑，如日本三菱的 KS1和 KS2溶劑[和BASF’s OASE藍 (GUSTAV200)等用以改善現狀，可喜的是目前已經通過中試，有可能會很快投入使用。

● IGCC目前主要面臨的問題是成本較高。由於需要將煤炭等燃料氣化，不論是改造的投資費用還是後期運行費用均較高，另一方面該方法降低了一定的燃燒效率（約38%-43%，而一般的煤粉燃燒大概在44%左右），因此使用該技術的試點單位還不多。然而，該方法的優點在於提高了壓強，更高的 CO2比例以及更小的氣體流量，同時還可能同時產出H2等能源氣體，從而降低投資費用。

● Oxy-combustion經過多年發展，也已經得到了廣泛的應用。該技術的關鍵在於將空氣提純，得到氧氣濃度大於95%的混合氣，通入到燃燒室中。然而提純的步驟需要耗費大量的能源，如何降低能量的消耗一直是近些年來研究的目標。同時Oxy-combustion還被用於其他行業，比如煉油廠（refinery）、水泥（cement）行業、鋼鐵（iron and steel）行業等，但目前還處於比較初級的階段。

埋藏

二氧化碳的封存一般適合以下地質結構：

● ● 成熟或已經耗盡的氣油田地質結構。

● ● 深層鹽鹼含水層。

● ● 廢棄的含煤層。

在這樣的深度，壓力會將二氧化碳轉換成所謂的“超臨界流體”，只有這樣狀態的二氧化碳才不容易泄露。

真正麻煩的是下一個步驟。二氧化碳需要長期埋藏，因此必須達到很多要求。要成功地封存二氧化碳，需要一塊在地平面1000米以下的岩體。在這樣的深度，壓力會將二氧化碳轉換成所謂的“超臨界流體”，只有這樣狀態的二氧化碳才不容易泄露。另外，這片岩體還要有足夠多的氣孔和裂縫來容納二氧化碳。最後，還需要一塊沒有氣孔和裂縫的岩層來防止泄露。

關於成本，根據麻省理工大學去年發表的一份報告，捕捉每噸二氧化碳並將其加壓處理為超臨界流體要花費25美元，將一噸二氧化碳運送至填埋點需要花費5美元。這也就是說，發電廠每向大氣中排放一噸二氧化碳就要支付30美元；這一數字接近聯合國政府間氣候變化專門委員會建議的碳價格的中間值和歐盟現行的碳價格。另外，一份由一家名為Synapse Energy Economics的諮詢公司發布的報告提出，美國的能源公司已經開始在內部審計中按每噸3元到61元不等計算碳價。而這一範圍的中間值也是30美元。

這樣的價格，無論是作為碳稅還是在排放權交易的制度中，都將大大改變能源經濟。但即使是CCS最樂觀的擁護者也質疑這項技術在2020年之前是不是真的能得到大範圍推廣。而到了那個時候，無論是地球的氣候還是政治環境都會大不相同。

位於伊利諾伊州的“未來發電”項目是一次調查CCS在實際發電中效果的認真嘗試。但這個項目於一月份宣告取消，原因是預計成本從8億3000萬美元猛增至18億美元。

必須克服的困難是令人畏縮的，它要求國際合作、創新、巨額投資項目和公眾接受。所有這些都要通力配合才能敵過全球變暖的步伐。

首先，在化石燃料和能源生產的過程中捕捉二氧化碳所需的費用是極其昂貴的。

第二，埋藏地點必須經過檢驗。在那兒，二氧化碳不能泄漏，必須修建包括油輪和管道在內的設施來運輸二氧化碳到這些地點。

第三，由於成本原因，還沒有各類環保公司有意向在（碳捕捉）CCS技術上進行投資，美國麻省理工學院的一項研究提出碳捕捉（CSS）處理二氧化碳的成本約30美元（19歐元）每噸。這就要求要麼提高碳稅抵消排放成本，採取碳排放限定及交易許可來取得稅金，或者直接採用大量的政府補貼。專家說，面臨著市場不斷地全球化，一個使二氧化碳排放付出代價的綠色國際協議很有必要。有排放成本才會促使一些企業改進生產，減少污染。

第四，對於在陸地而不是海上存儲，公眾可能會有反對意見，因為地震或者其他地質事件有可能將巨大的溫室氣體重新發散到大氣中。

作為天然氣精鍊以及氨、氫工廠工業過程的一部分，在能源生產中分離出了二氧化碳已經基本成功，所以碳捕捉已經完成，下一個目標就是尋找合適的埋藏地點了。

CCS技術不僅可以對氣候變化產生作用，還可以實現一定的商業價值。被捕獲的碳可以用於石油開採，冶鍊廠，甚至汽車業。二氧化碳可以變廢為寶，將石油的採收率提高至40-45%。

潛力相當大。英國政府目前正在考慮將捕獲的碳儲存到北海油田采空石油后留下的空洞中，而且要把北海油田變為一個碳存儲基地。

到現在為止，只有三個成功的CCS項目處在進行中。

Weyburn-Midale項目填埋的是北達科他薩斯喀徹溫省一座廢棄油田的煤炭氣化廠產生的二氧化碳。英國石油公司經營的阿爾及利亞薩拉油田項目把從當地生產的天然氣中提取的二氧化碳輸入地下。挪威大型石油天然氣公司國家石油公司也在北海的有兩處類似的項目。而這些項目事實上都與發電沒有關係。幾年之前，這些項目還大受追捧。但現在，追捧者開始緊張了，不敢立刻上馬新的項目。

問題很嚴重。上述的三個“示範工程”每年處理100萬噸二氧化碳，但僅美國的發電廠每年二氧化碳排放量就達到15億噸。這也就意味著僅美國就要找1500個合適的地點建立CCS項目，而且沒人知道在美國是不是真的能找到那麼多合適的地方。甚至把如此大量的二氧化碳運到處理廠也是一個巨大的工程。

碳捕捉：東北地區和東南海域是理想場所

所謂“碳捕捉”，就是捕捉釋放到大氣中的二氧化碳，壓縮后，封存到枯竭的油田或其他安全的地下場所。早在上世紀70 年代，歐美能源專家便開始研究該技術。目前，隨著新一輪全球氣候問題大討論的展開，“碳捕捉”一下子又成為新能源技術中的大贏家。在美國，奧巴馬政府上台後，便把“碳捕捉”列入推薦清潔煤的關鍵一環，美國能源部計劃在未來10年投入4.5億美元在美國7 個地區進行“捕捉和存儲”(英文簡稱CCS )項目實驗。在剛剛結束的八國集團峰會上，歐洲委員會提出將“碳捕捉”技術商業化的戰略。到2010年，至少有20個發電廠使用“碳捕捉”技術，到2020年前，歐洲和美國將大力推廣該技術，並在2025年前在全球推廣。

在中國，“碳捕捉”技術也在嘗試之中。路透社5月25日消息稱，中國最大的獨立發電公司華能集團將於年底在上海啟動第二個碳捕捉示範項目，屆時，每年將從華能電廠的尾氣中“捕捉”二氧化碳10萬噸。

6月18日，英國碳捕捉聯盟首席研究員瓊·吉賓斯博士(Jon Gibbins)來到上海，參加名為“碳捕捉與全球氣候的未來”交流會。交流會上，瓊·吉賓斯博士解釋道，“捕捉”碳並不複雜，而“擁有豐富油田和天然氣田的中國東北，以及中國東海南海區域，均是實施‘碳捕捉’技術的理想場所。”

將二氧化碳“變廢為寶”

如果要在一家煤電廠旁邊開展“碳捕捉”項目，首先要安裝3個主要裝置。瓊·吉賓斯博士拿最近正在英國東海岸展開的一個“碳捕捉”試點項目舉例道：“第一個是用於化學反應的金屬片，‘清洗’發電廠排放出的尾氣，把二氧化碳‘捕捉’下來；接著是讓二氧化碳氣體通過一個加熱塔，目的是通過蒸汽加熱，得到更純的二氧化碳；最後一步是將氣體通過一座壓縮塔，得到方便運輸的壓縮二氧化碳。”

“通常，捕捉一噸碳的成本約60美元。但在中國，我預計成本可能降至40美元/噸。”吉賓斯博士告訴本報記者。煤電在中國電力結構中占極高比例，找到一種更清潔地使用煤炭的技術對中國而言意義重大。

根據聯合國政府間氣候變化委員會(IPCC)調查，全球大概有9300多億噸的二氧化碳可以埋藏到油田中，相當於2050年全球累積排放量的45%。據預計，“碳捕捉”技術的應用能夠把全球二氧化碳的排放量減少20%至40%。

除了對氣候變化產生積極影響外，“碳捕捉”技術還可以實現一定的商業價值。被捕獲的碳可以用於石油開採、冶鍊廠，甚至汽車業。在全球範圍內，最早成功實現“碳捕捉”試點項目的挪威國家石油公司證實，在油田裡灌入二氧化碳，可以使得石油的採收率提高40-45%。

美國能源部發布的一份報告顯示，目前美國剩餘的石油可采儲量為200億桶，如果採用二氧化碳注入提高可采儲量的話，其儲量最多可增加至1600億桶。

儘管“碳捕捉”潛力很大，但也面臨一些質疑。最新一期《經濟學人》雜誌撰文表示，儘管能源公司對“碳捕捉和封存”技術有著很高的期望，但有兩個問題尚未解決：一是價格昂貴；二是沒有人知道這項技術是不是真的那麼管用。或者說，深埋的二氧化碳會不會泄漏。“碳捕捉和封存的成本非常非常高。”中國華能集團公司科技部長蔣敏華表示，公司將於今年年底在上海啟動第二個碳捕捉示範項目，每年捕捉10萬噸二氧化碳，然而高昂的成本在一定程度上阻礙了項目進程。

蔣敏華說，按目前的技術計算，碳捕捉成本約在200元人民幣/噸，而實際處理加工至進行商業應用的程度，每噸還需增加150元投入。

吉賓斯博士的助手、帝國理工大學博士李佳告訴記者，據她分析，華能之所以願意上馬第二個“碳捕捉”項目，說明該技術仍有利可圖。據悉，華能集團去年已在北京嘗試過一個小型的“碳捕捉”項目，將收集到的二氧化碳賣給汽水廠，或是製成乾冰賣給消防單位。“華能內部員工告訴我，被捕獲的二氧化碳售價是碳捕捉成本的兩倍。”李佳說。關於二氧化碳泄漏問題，吉賓斯博士回應說，碳封存的前二三十年十分關鍵。過了這段時間，埋在地下的二氧化碳就絕對安全了。

據記者了解，目前二氧化碳的封存技術分為“地質封存”和“海洋封存”兩種。適合封存二氧化碳的地質結構包括油田、氣田、鹹水層、無法開採的煤礦等。據IPCC研究表明，二氧化碳性質穩定，若地質封存點經過謹慎選擇、設計與管理，注入其中的二氧化碳99%可封存上千年。

按照歐盟的規劃，德國將建設2個CCS示範工程，荷蘭有3個，英國有4個。德國，荷蘭，英國，西班牙和波蘭將分別獲得約2.45億美元的投資。除此以外，義大利將獲得1.35億美元，法國將獲得6700萬美元用於二氧化碳運輸基礎設施建設。

剛剛結束的八國集團峰會上，各國領導人繼續就能源和氣候問題達成共識。歐洲希望在2010年至少有20個發電廠使用CCS技術，並實現規模化和商業化。到2015年，歐洲至少要建立10個大型示範工程。那麼到2020年，CCS技術就可以在全球範圍內實現廣泛的商業應用。要實現這個目標，這些發達國家需要在今後10多年內投入200億美元。

二氧化碳排放量位居全球首位，煤炭消耗占能源消費70%……面對“后哥本哈根”時代，中國將如何應對？在4月8日舉行的“2010年綠色暢想：能源、教育、環境倡議”國際論壇上，中美兩國科學家再次呼籲應重視“碳捕捉和儲存”，把二氧化碳收集並注入地下，讓它從哪裡來到哪裡去。

此次論壇由南京郵電大學與美國紐約理工學院共同發起。論壇上，江蘇省生態學會秘書長阮宏華教授認為，“我們現在面臨的不僅僅是金融、經濟危機，還有環境和生態危機。若說金融和經濟危機帶來的是財政上的損失，環境和生態危機帶來的則是生命的損失。”而目前面臨最嚴峻的環境問題之一就是全球變暖，造成這一現狀的罪魁禍首，就是過量排放的二氧化碳。

太陽能光伏、風電、生物質能源的出現，為人類擺脫化石能源依賴帶來曙光，但是美國環境保護局可持續化技術部門主席赫里貝托·卡比薩斯為此敲響警鐘，他認為即便是美國這個世界首屈一指的發達國家，到2035年也無法做到完全或大部分利用新能源取代煤發電，對於其他國家而言難度就更大。

面對這樣的矛盾，美國創新採煤方案諮詢機構顧問阿倫·維克利提出，在現有煤發電廠加裝碳捕捉裝置，對碳進行捕捉和儲存可以成為一種控制二氧化碳排放的有效手段。所謂碳捕捉與儲存，一般指的是將化石燃料燃燒所產生的二氧化碳捕獲，然後將其泵入海底、沙漠或陸地下面進行封存。

阿倫·維克利表示，煤燃燒中排放的二氧化碳有90%能進行捕獲，如果將其捕獲后存入地下，就能夠大大降低二氧化碳的排放量，從而減緩全球變暖。

據了解，歐盟已為碳捕捉和儲存項目注入10多億歐元啟動資金，還將通過碳交易體系再籌措45億歐元後續資金；歐盟還要求，2020年之後以煤為燃料的新建電廠都應具備碳捕捉技術。而美國也將在未來10年投入4.5億美元在美國7個地區進行碳捕捉和儲存項目試驗。目前，這項技術在我國也已經起步，但還遠遠不夠，目前僅有華能集團投資建設了2個碳捕捉示範裝置。

專家們認為，我國地質構造豐富，具備註入潛力的地層可儲存二氧化碳14540億噸，能夠滿足未來數百年二氧化碳地質儲存的需要，必須加大這方面的研究與應用力度。而被注入地下的二氧化碳並非再次沉睡，而是發揮新的作用。利用二氧化碳驅油技術，不僅可以大大提高石油採收率，而且將二氧化碳置換原油而長期儲存於油岩中，還實現了真正意義上的規模減排。目前，我國“973計劃”項目“溫室氣體提高石油採收率的資源化利用及地下埋存”已進入工程示範階段，在吉林油田已埋存8萬噸二氧化碳，實現了石油的綠色開發，取得了經濟效益和環境效益的雙贏。

據英國《每日郵報》報道，一家英國公司最近成功“從空氣中提取了汽油”，這項具有開拓性的科學突破則有望終止人類對日益減少的化石燃料的依賴。

位於英國蒂斯河畔斯托克頓(Stockton-on-Tees)市的航空燃料合成公司（Air Fuel Synthesis）稱，自今年8月份以來，他們便開始利用一家小型精鍊廠以提取汽油。該項目可從二氧化碳和水蒸氣中合成燃料，而如今他們已經成功研製出5公升的汽油。

目前，眾多專家均稱此項目是一項難以置信的突破，並且在人類長期以來與氣候變遷以及日益加劇的全球能源危機的鬥爭中有望成為“遊戲規則的改變者”。

雖然航空燃料公司仍在推進其研究項目並仍需要使用國家電力系統，但該公司相信最終他們會從這些可再生資源中使合成物產生整體性的效果。

另外，該公司還希望在未來兩年內建立一家日產量能達到1噸的具有商業規模的工廠，同時也希望擴大其在環保航空燃料方面的影響，進而使航空飛行更加環保。

據悉，該技術首先使氫氧化鈉與空氣混合，接著電解混合得到的碳酸鈉並釋放出純二氧化碳。而釋放出的純二氧化碳與水中的氫電解質相互反應后便會得到烴混合物。當然，根據人們對燃料類型的需求不同，研究人員還可變換反應條件，以得到不同成分比例的混合物。

其所生產出的燃料可供任何型號的汽油使用，只要現場在燃料中加入與之匹配的添加劑即可。

同時，該燃料還可直接與汽油、柴油以及航空燃料相合成。

航空燃料合成公司CEO彼特-哈里遜（Peter Harrison）上周將該科學突破公布在於倫敦舉辦的機械工程師協會（Institution of Mechanical Engineers）大會上。在接受記者採訪時，他說道：“我們正在將可再生電能轉換成一項更具通用性、可用性以及存儲性的能源，比如液體交通燃料。我們認為，截至2014年時，如果能得到資金支持使項目繼續的話，我們就能利用可再生能源生產出汽油並使之商業化。”

據了解，從空氣中提取汽油對新興綠色經濟來說簡直就是“聖杯”，它可有效地從大氣中消除主要的工業溫室氣體。

然而，將提取出的二氧化碳循環再生出可用於現有引擎的燃料，則有望改變世界的環境和經濟格局。

但是目前，該項目還相當昂貴，光是提取1噸二氧化碳便要花費400英鎊。