CO2捕捉與封存（CCS）技術(shù)當(dāng)前被認(rèn)為是短期之內(nèi)應(yīng)對(duì)全球氣候變化最重要的技術(shù)之一。CCS技術(shù)分為捕捉、運(yùn)輸和封存三個(gè)環(huán)節(jié)。對(duì)于CO2捕捉，目前已掌握的三種方法是燃燒后捕捉、燃燒前捕捉和富氧燃燒捕捉。CO2的封存方式分為四種，一是通過化學(xué)反應(yīng)把CO2轉(zhuǎn)化成固體無機(jī)碳酸鹽；二是工業(yè)應(yīng)用，直接作為多種含碳化學(xué)品的生產(chǎn)原料；三是注入海洋1000m深處以下；四是注入地下巖層。
排放形式嚴(yán)峻
中國是全球最大的煤炭生產(chǎn)和消費(fèi)國，是僅次于美國的第二大電力生產(chǎn)和消費(fèi)國，在我國耗煤最多的正是電力行業(yè)，大規(guī)模的火電發(fā)展，導(dǎo)致大量CO2排放，造成巨大的環(huán)境影響。隨著世界對(duì)全球氣候變暖問題越來越關(guān)注，我國承受的國際壓力也越來越大。
盡管中國在過去關(guān)停的小火電裝機(jī)容量相當(dāng)于整個(gè)澳大利亞的電力裝機(jī)容量，每年可以減少1.1億t的CO2排放，但當(dāng)前情況仍然嚴(yán)峻。據(jù)2008年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，中國十大發(fā)電集團(tuán)總耗煤量超過5.9億t，占全國煤炭總產(chǎn)量的1/5。這是綠色和平組織發(fā)布的《中國發(fā)電集團(tuán)氣候影響排名》中透露出的信息。據(jù)披露，十大發(fā)電集團(tuán)的耗煤量占了全國煤炭總產(chǎn)量的20%。
若按耗煤量以及2008年CO2排放量統(tǒng)計(jì)，排名最前的是華能、大唐和國電。這三家CO2排放總和已經(jīng)超過同年英國全國的溫室氣體排放量水平。
全球CO2的排放量正以每年3%的速度增長，到2030年將達(dá)到每年120億t，到本世紀(jì)末將超過200億t。按照這個(gè)速度發(fā)展下去，到2100年，整個(gè)地球的氣候條件將逐步接近史前年代：大氣層和金星的大氣層類似，CO2取代N2成為主要成分；溫室效應(yīng)造成的高溫將不適合任何動(dòng)物的生存，人類社會(huì)則將在這一進(jìn)程中崩潰。
由于煤炭的儲(chǔ)量豐富且價(jià)格低廉，很長一段時(shí)間內(nèi),其在能源消耗構(gòu)成中依然會(huì)占有很高的比例，而應(yīng)用于燃煤發(fā)電廠的CCS技術(shù)最高捕捉效率高達(dá)90%，因此各國都視之為應(yīng)對(duì)氣候變化的最佳方案之一。
目前CCS技術(shù)仍處于試驗(yàn)階段，技術(shù)上的不成熟所導(dǎo)致的高成本致使CCS難以大規(guī)模的推廣。麥肯錫估計(jì)捕捉和處理CO2的成本大概在75~115美元/t，與開發(fā)風(fēng)能、太陽能等新能源的價(jià)格相比并不具備太大的競爭優(yōu)勢。此外，由于被捕捉的CO2工業(yè)應(yīng)用前景非常差，封存是CO2捕捉的最終路徑。
CO2捕捉及封存技術(shù)陸續(xù)試點(diǎn)
作為補(bǔ)救措施之一，人類已經(jīng)開始嘗試將CCS技術(shù)化作為一種服務(wù)產(chǎn)品推向前臺(tái)，并已經(jīng)在部分地區(qū)進(jìn)行試點(diǎn)。
目前在歐盟各國如英國、法國、德國、意大利、西班牙、瑞典、挪威與荷蘭，都能夠看到CCS項(xiàng)目的身影。這些國家都是CCS技術(shù)的最早探索者和擁有者。德國萊茵集團(tuán)（RWE）、法國道達(dá)爾集團(tuán)、雪佛龍集團(tuán)、意大利國家電力公司（Enel）、英國石油公司（BP）和英荷殼牌石油公司等著名跨國企業(yè)都已經(jīng)宣布了CCS技術(shù)研發(fā)計(jì)劃，這些公司都期待在不久的將來，CCS技術(shù)能實(shí)現(xiàn)商業(yè)化運(yùn)作。
瑞典能源巨頭——瀑布能源公司（Vattenfall）從2001年就開始研究CCS技術(shù)，為此已投入了7000萬歐元，成為世界上第一個(gè)開始運(yùn)作CCS試驗(yàn)工廠的企業(yè)。
瀑布能源公司在德國東北部勃蘭登堡州建立了世界上第一家應(yīng)用CO2捕捉及封存技術(shù)的試驗(yàn)性煤電廠。該公司2008年宣布，計(jì)劃2013年之前在丹麥建設(shè)一個(gè)CCS示范工廠——北日德蘭電站。
英國政府已經(jīng)決定要在2014年之前投入10億英鎊建立一個(gè)CCS示范工廠。政府作為投資方，已經(jīng)出臺(tái)了競標(biāo)機(jī)制。
除了瑞典、英國這樣的典型外，CCS項(xiàng)目已經(jīng)在歐洲遍地開花。法國的道達(dá)爾集團(tuán)在法國西南部建立的Lacq試驗(yàn)工廠，是世界上首個(gè)包含了CO2捕捉、運(yùn)輸和地下封存全過程的CCS項(xiàng)目，其一體化程度前所未有。
歐洲委員會(huì)宣布投入14億美元在歐洲各國建立13個(gè)CCS示范工程，大大超過了對(duì)風(fēng)電以及其他新能源技術(shù)的投資。美國能源部也計(jì)劃在未來10年內(nèi)投入4.5億美元，在美國7個(gè)地區(qū)進(jìn)行CCS項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)。
目前主要有三種CO2捕捉工藝，即后燃燒捕捉、燃燒前捕捉和含氧燃料燃燒捕捉工藝。其中燃燒前捕捉工藝只能用于新建發(fā)電廠，而另外兩種技術(shù)則可同時(shí)應(yīng)用于新建和既有發(fā)電廠。德國和英國的試驗(yàn)項(xiàng)目都屬于新建電廠，而另外兩種技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)在更為普遍。
CCS技術(shù)將成為最終選擇
氣候組織中國項(xiàng)目發(fā)展經(jīng)理尹樂認(rèn)為，中國在節(jié)能減排和發(fā)展可再生能源方面的努力彰顯著中國應(yīng)對(duì)氣候變化的國家意志和國家力量。中國通過節(jié)能減排和發(fā)展可再生能源所可能帶來的CO2減排潛力，將在2030年前后被發(fā)掘殆盡，這意味著屆時(shí)CCS將成為最終選擇。但是，與其他新技術(shù)在其初始階段一樣，CCS技術(shù)現(xiàn)在并不具備被大規(guī)模推廣使用的條件，還需要在技術(shù)、政策和資金支持等方面做好準(zhǔn)備。
中國一方面需要加強(qiáng)國際合作引進(jìn)技術(shù)，促進(jìn)CCS技術(shù)的商業(yè)化發(fā)展；另一方面要加快自主研發(fā)，通過試點(diǎn)，掌握核心技術(shù)和流程，建立自己的CCS項(xiàng)目。
CCS技術(shù)的應(yīng)用可能對(duì)中國溫室氣體總量減排起到?jīng)Q定性作用，同時(shí)也可能形成一個(gè)產(chǎn)業(yè)。這對(duì)于以煤炭為主要能源的中國，將有不可估量的意義。
重點(diǎn)項(xiàng)目
全球最大的燃煤發(fā)電廠CO2捕捉項(xiàng)目落戶上海，華能石洞口第二電廠CO2捕捉項(xiàng)目2009年7月份在上海開工，預(yù)計(jì)年捕捉10萬t的CO2，2009年底建成。
石洞口項(xiàng)目負(fù)責(zé)人，西安熱工研究所有限公司總工程師許世森告訴記者，目前正在建設(shè)的石洞口項(xiàng)目總投資1.5億元，只捕捉不封存。這是華能CO2捕捉的第二個(gè)項(xiàng)目——第一個(gè)項(xiàng)目位于北京高碑店，其每年約排放400萬t的CO2，CO2捕捉系統(tǒng)能夠捕捉其中的0.075%，約3000t，而捕捉能耗占電廠能耗比例則在30%以上。
由于CO2捕捉技術(shù)仍然不成熟，國家氣候中心副主任、清潔發(fā)展機(jī)制執(zhí)行理事會(huì)副主席呂學(xué)都對(duì)華能石洞口項(xiàng)目評(píng)價(jià)說，即使年捕捉10萬t，那也是個(gè)試驗(yàn)。
與呂學(xué)都不同，許世森對(duì)CO2捕捉的未來很樂觀。
華能高碑店項(xiàng)目也是由西安熱工研究所有限公司承擔(dān)。許世森介紹說，華能高碑店燃煤電廠配套CO2捕捉裝置，已經(jīng)順利運(yùn)行一年多，可以算得上世界上運(yùn)行時(shí)間最長的燃煤電廠CO2捕捉裝置。
“項(xiàng)目捕捉而得的CO2能夠達(dá)到食品級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)，在銷售給中間商后，獲得了雙倍利潤。”許說，目前北京對(duì)CO2的市場需求量是6萬t，因此高碑店燃煤電廠所捕捉的CO2很容易就能被市場消化。截至2009年春節(jié)，高碑店CO2捕捉系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。
此外，許世森介紹說，石洞口項(xiàng)目和高碑店項(xiàng)目均采用燃燒后CO2捕捉，對(duì)于原來的電廠沒有改變?nèi)魏尾糠郑瑑H僅是增加了一個(gè)捕捉裝置。“石洞口項(xiàng)目，我們認(rèn)為會(huì)運(yùn)轉(zhuǎn)得比較好的，捕捉率應(yīng)該會(huì)在80%以上，CO2純度會(huì)在99.6%以上。”許說。此外，石洞口第二電廠收集的CO2仍然將沿用高碑店模式，加以工業(yè)利用——目前市場上，食品級(jí)CO2的市場價(jià)格約為1200元/t。但這個(gè)工業(yè)CO2市場仍然偏小，據(jù)悉，目前全球CO2工業(yè)利用量大約是每年1億~1.5億t/年，中國則更小。
此外，許也承認(rèn)，CO2捕捉本身都非常耗能，因?yàn)橐诂F(xiàn)有的裝置上增加設(shè)備，都是要增加負(fù)擔(dān)的，捕捉CO2肯定是要付出代價(jià)的。“但既然要遏制全球變暖，也要付出代價(jià)。”許說。
許世森算過一筆賬：“發(fā)電廠做這樣的項(xiàng)目，發(fā)電成本起碼要提高20%~30%，比如說原來發(fā)一度電可能要3~4角，現(xiàn)在就要提高20%~30%的價(jià)格。能耗方面，如果電廠要收集CO2，我們算過，發(fā)電效率要降低8%~10%，能耗對(duì)發(fā)電的影響是很大的，所以說，減排CO2是需要付出代價(jià)的。石洞口二廠也只是一年收集10萬t的CO2，也不是全電廠收集。”另外，高碑店電廠把捕集的CO2賣掉，并沒有封存，也不能算做減排。
發(fā)展面臨瓶頸
技術(shù)和資金是目前各國發(fā)展CCS技術(shù)面臨的主要瓶頸。目前，雖然CO2的捕捉和運(yùn)輸技術(shù)都比較成熟，地質(zhì)埋存也有先例，但到目前為止，全世界還沒有一座大型的完整的CO2捕捉、運(yùn)輸?shù)椒獯娴漠a(chǎn)業(yè)鏈系統(tǒng)。CCS技術(shù)還沒有明確的商業(yè)應(yīng)用模式，即對(duì)捕捉的CO2商業(yè)應(yīng)用手段有限。
相關(guān)專家指出，為了捕捉CO2，發(fā)電廠需要更多的燃料，這將消耗更多的成本。另外發(fā)電廠的投資成本也要增加，因?yàn)楸仨氃黾宇~外的設(shè)備來捕捉CO2。所以CCS項(xiàng)目增加的不僅僅是發(fā)電的投資成本，還有運(yùn)營成本，而封存成本也十分高昂。同時(shí)，CCS的大規(guī)模推廣又依賴于大型示范工程經(jīng)驗(yàn)的積累。
解決途徑與前景
解決這一系列問題，必須依賴各國政府的政策、資金支持和國際間合作。尹樂說：“Nopolicy，noCCS。”2009年G8會(huì)議提出，在2010年以前，由各國政府支持在全球范圍內(nèi)建設(shè)20個(gè)CCS示范項(xiàng)目，以保證到2020年時(shí)實(shí)現(xiàn)CCS技術(shù)商業(yè)化。而CCS技術(shù)動(dòng)輒成百上千億美元的投資，根本不是發(fā)展中國家承擔(dān)得起的。
若中國決定推動(dòng)封存成為其減少排放的主要努力措施，則存儲(chǔ)需求將非常龐大。據(jù)中英煤炭利用近零排放項(xiàng)目（NZEC）近期的一項(xiàng)研究表明，40年使用期限的電廠將可產(chǎn)生約2億t的CO2。
2009年中國的發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)8.74億kW，并預(yù)計(jì)將在2020年達(dá)到16億kW。
然而一些地質(zhì)預(yù)測較為樂觀，美國自然資源保護(hù)委員會(huì)的一份報(bào)告稱，中國具備在地下或海床下存儲(chǔ)30?660億t氣體的潛能，相當(dāng)于逾400年目前的排放量。報(bào)告并稱，中國逾90%的CO2主要生成中心距離大型地下儲(chǔ)存基地的距離不超過160km，但這些潛在儲(chǔ)存容量的99%是處于鹽堿含水層，這一儲(chǔ)備選項(xiàng)尚未經(jīng)過充分研究。
盡管中石油今年已在東北部展開試點(diǎn)項(xiàng)目，將CO2注入衰竭的油氣田，并通過使用一項(xiàng)已經(jīng)鑒定的技術(shù)提取更多燃料，但這一選擇僅可封存中國一小部分CO2排放。而對(duì)大型、陳舊油田泄露問題的擔(dān)憂或成為一大問題，這些油田已在開采過程中打了不計(jì)其數(shù)的鉆井，海上儲(chǔ)存是為另一選擇，但這將加劇在成本及技術(shù)方面的挑戰(zhàn)。美國西北太平洋國家實(shí)驗(yàn)室（PNNL）在一份報(bào)告中表示，中國多數(shù)碳輸轉(zhuǎn)及儲(chǔ)存的成本應(yīng)該相當(dāng)于2~8美元/t。
總之，結(jié)合目前中國的情況，CCS將會(huì)成為最終的選擇，雖然還面臨技術(shù)的困難，成本上的壓力。希望隨著試點(diǎn)項(xiàng)目的相繼實(shí)施，伴隨著國際應(yīng)用的快速發(fā)展，有了政策的大力支持，CCS技術(shù)的應(yīng)用將會(huì)在中國火電廠減排領(lǐng)域發(fā)揮顯著作用，成為現(xiàn)實(shí)選擇，而其自身的高耗能缺陷，也勢必造成能源成本的提升。
