2024年06月25日 星期二
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双碳创新

Dual carbon innovation

双碳创新
碳封存


碳封存





设想

这一设想包括:(1)将人类活动产生的碳排放物捕获、收集并存储到安全的碳库中;(2)直接从大气中分离出CO2并安全存储。由此,人们将不再是通过CO2减排,而是通过碳封存的方法,同时结合提高能源生产和使用的效率以及增加低碳或非碳燃料的生产和利用等手段来达到减缓大气CO2浓度增长的目标。

陆地生态系统对CO2的吸收是一种自然碳封存过程。陆地植物在其生长过程中,需要利用CO2合成有机物,它们能够在一定的浓度范围内吸收CO2,从而节省了将其分离、提纯等技术的花费。因此以森林再造、限制森林砍伐等方式来实现的碳封存被认为是最具经济效益的方式。而保护和优化陆地生态系统则有利于碳封存的维持和扩增。

需求原因

针对定点源的人类排放,如油井、化学工厂、火力发电厂等,碳封存技术的开发着重点是捕获和分离CO2,然后将其注入到海洋或是深地质结构层中。由于某种需要,工业生产中也伴随有一些碳封存过程。例如在石油开采时,CO2常会跟天然气一起由地底下喷射出来,通常CO2在从油井冲出来后便释放到空气中。但是,在同时开采石油及天然气的过程中,CO2常会被重新注入到油井内,以便能保持所需压力而抽取更多的石油,而这项所用的花费可以由所增加的石油产量来补偿。在美国,每年能因此封存3200万吨CO2。而位于距挪威海岸240 km的北海中部的Sleipner海上钻井平台从1996年起就将油井生产中的CO2收集并注入到1000m以下的富含盐水的砂岩层。这个海上钻井平台之所以这样做,是因为从1996年以来挪威对工业排放CO2征收50美元/ 吨的排放税,而将CO2注回到岩石层中与之相比则要便宜得多。在存储方面,则采用了以下一些方法,如向尚未开采的煤层中注入CO2,从而回收甲烷;将CO2制成干冰,投掷到海洋中;利用固定的管道或是轮船拖曳管道将CO2泵入深海等。

方法思路

通过对海洋的增肥也是利用生态系统来达到碳封存目标的方法。这方法思路是,向海洋投放微量营养素(如铁)和常量营养素(如氮和磷),由此加速海"生物泵"过程,增加海洋对大气CO2的吸收和存储。这主要是通过增长浮游植物光合作用增加其产量,然后借助生物链扩增CO2向有机碳的转化,再通过有机碳的重力沉降、矿化等机理来实现碳封存。大范围的海洋增肥能够增加渔业产量,从而带来商机,这也引起了一些商业团体的关注。

另外,还可利用化学和生物技术对CO2进行回收和再利用。例如,利用CO2来生产碳酸镁或是CO2包合物(CO2 clathrate)的前景很被看好。若是将1990年全球排放的CO2制作成碳酸镁,它可包含于空间尺度为10km×10km×150m的固态物中,这样是有利于储存或是再利用的。同样的情形也适用于CO2包合物。而在生物技术上,主要是利用非光合作用微生物过程将CO2转化成有用的原料,如甲烷和醋酸盐。这一技术像陆地生态系统的情况一样,不需要提纯CO2,从而可节省分离、捕获、压缩CO2气体的成本。

优点

碳封存技术看起来有着光明的前景,它不仅对发起者美国有利,而且也对各主要化石燃料消费国,特别是对煤炭消费国有利。同时它还具有平息有关减排分摊争吵的潜在能力美国能源部的相关计划的目标是将碳封存的所需费用从目前的100~300美元/吨减少到2015年的10美元/吨以下。据称,这种碳封存方法将成为解决气候变化问题的最佳选择之一。

缺点

但是要实现与现阶段的CO2排放量相当的封存,势必将改变全球碳循环的格局,这不仅仅是需要低廉的技术手段,而且还需要进行正确、严谨的科学研究和评估。往深地质结构层中注入CO2并封存,能否确保它们能够在长时期内稳定存储,且不会因为地壳活动而喷发以至导致灾难?而对海洋的增肥以及向深海注入CO2,更需要有模式模拟和研究以提供相关的技术参数作为科学支持;同时,向深层海洋注入CO2或是通过海洋增肥的方式引发更多的碳沉降也就会增加海洋中碳由上至下的传输,这势必引起海洋碳循环的变动。利用海洋环流模式、碳循环模式等并结合生物化学过程可模拟碳沉降、液态CO2浓度在洋底的分布、随洋流的扩散等特征,进而分析海洋生态的反馈,分析整个气候系统的反馈等。另外,气候评估模式也能够评价海洋增肥的生态效应。必要的科学实验结合相应的模式模拟和评估,也有利于碳阱(Carbon Trap)的选择以及确保正面的环境影响

二氧化碳

埋存能力

从全球主要类型的二氧化碳埋存能力来看,地质埋存要比森林和土地捕获二氧化碳的潜力大,而且后者需要紧缺资源的支撑。2007 年APEC 峰会发表的《亚太经合组织领导人关于气候变化、能源安全和清洁发展》的宣言强调了可持续的森林管理土地利用的重要性,并制定了到2020 年在亚太地区各种森林面积至少增加2000 万公顷的意向性目标。然而,我国为确保守住十一五期间18 亿亩耕地的“红线”,国务院最近刚刚发布了关于完善退耕还林政策的通知,暂停了1600 万亩的退耕还林计划(《新京报》,2007年9月11日),这更加剧了扩大林地面积的难度。一些发达国家为实现东京议定书的承诺目标,已经考虑将二氧化碳的地质埋存作为减少二氧化碳排放的主要手段之一,并就此开展了一系列的调查、试验和试点研究工作,取得了不少成功的经验。因此,借鉴国际经验,在我国大力倡导二氧化碳的地质埋存更具有重要性和紧迫性。

澳大利亚的维多利亚省于2008年4月刚刚启用了全球第一座大规模的碳捕捉和碳封存设施。

发展研究报告



路透社报道,全球碳捕获与储存研究所在其本年度关于全球碳捕获与储存部署情况的报告中警告说,根据目前的投资水平和监管不确定性来看,从现有的16个项目激增至130个项目的目标是不可能实现的。 [1] 

该研究所预计,其年度报告中确定的59个项目中,届时可能只有51个能投入运行,而有些项目则不太可能实施。 [1] 

“由于碳捕获与储存是铁、钢和水泥生产等工业领域唯一可用的脱碳技术,因此,无法将温度升幅仅仅控制在2摄氏度的风险变得更大。”报告说。

许多主要国家的政府未能制定限制碳排放的法规并提高企业的排污成本,这阻碍了私营部门在这项昂贵技术方面的投资。 [1] 

在美国,两位总统候选人都在对煤炭行业的支持上大做文章,却很少提及在碳捕获与储存方面的投资,原因在于使用水力压裂法开采使得页岩气产量激增,从而大幅拉低了天然气价格,推动温室气体排放量降至20年来的低点。 [1] 

根据该调查报告的结果,在过去一年中,全球大规模碳捕获与储存项目的数量只增加了1/75。自2011年以来,有8个项目被取消,但新确定了9个项目,其中大部分项目将把捕获的碳注入地下,以实现石油或天然气的再开采。目前美国的碳捕获项目数量居首,已运行和规划中的项目达24个,其次是欧洲的21个和中国的11个。

美国和加拿大正在发展的项目主要都是利用捕获的碳来恢复石油开采。而去年中国碳捕获与储存行动的力度最大,9个新确立的项目中有5个位于中国。

报告还显示,虽然发展中国家的温室气体排放量预计将因人口增多和工业化进程而上升,但其碳捕获与储存初期阶段的发展取得了一些进展。

19个发展中国家正在实施碳捕获与储存项目,但为了实现国际能源署认为的必要的全球减排目标,到2050年,70%的碳捕获与储存项目需要部署在非经合组织国家。 [1] 

该报告指出,英国、联合国和中国自2011年起已经在制定相关政策,这将有助于更大规模地部署碳捕获与储存项目。

英国政府推出了一项综合政策,希望通过电力市场的改革,推动示范规模的碳捕获与储存项目向商业规模扩展。

联合国的气候变化机构在今年夏天决定,碳捕获与储存项目有资格作为清洁发展机制下的碳抵消项目,从而促使发展中国家采用这一技术来赚取碳信用额。而中国的5年规划则将碳捕获与储存列入了优先政策事项。 [1] 

但全球碳捕获与储存研究所警告说,这些进展并不足以削减碳排放或防止温度显著升高。

“尽管碳捕获和储存示范项目的投资仍然相当可观,但却越来越不稳固,而且现有的资金支持水平所服务的项目将比最初预期的要少。”报告说。 [1] 

全球碳捕获与储存研究所警告说,政府需要做的不仅仅是通过碳定价立法来刺激碳捕获与储存方面的投资,同时应该减少赋予低碳技术政策上的优势——比如可再生能源,它们拥有更多补贴和激励政策。 [1]