基本介紹
- 中文名：碳捕集與封存
- 外文名：Carbon Capture and Storage
- 簡稱：CCS
- 別稱：碳捕獲與埋存
信息簡介,二氧化碳捕集,燃燒前捕集,富氧燃燒,燃燒後捕集,二氧化碳運輸,二氧化碳封存,地質封存,海洋封存,CCS項目,重要突破,全球發展現狀,
信息簡介
二氧化碳捕集
二氧化碳的捕集方式主要有三種：燃燒前捕集（Pre-combustion）、富氧燃燒（Oxy-fuel combustion）和燃燒後捕集（Post-combustion）。
碳捕集技術示意圖
碳捕集技術示意圖燃燒前捕集
燃燒前捕集主要運用於IGCC（整體煤氣化聯合循環）系統中，將煤高壓富氧氣化變成煤氣，再經過水煤氣變換後將產生CO2和氫氣（H2），氣體壓力和CO2濃度都很高，將很容易對CO2進行捕集。剩下的H2可以被當作燃料使用。
該技術的捕集系統小，能耗低，在效率以及對污染物的控制方面有很大的潛力，因此受到廣泛關注。然而，IGCC發電技術仍面臨著投資成本太高，可靠性還有待提高等問題。
富氧燃燒
富氧燃燒採用傳統燃煤電站的技術流程，但通過制氧技術，將空氣中大比例的氮氣（N2）脫除，直接採用高濃度的氧氣（O2）與抽回的部分煙氣（煙道氣）的混合氣體來替代空氣，這樣得到的煙氣中有高濃度的CO2氣體，可以直接進行處理和封存。
歐洲已有在小型電廠進行改造的富氧燃燒項目。該技術路線面臨的最大難題是制氧技術的投資和能耗太高，還沒找到一種廉價低耗的能動技術。
燃燒後捕集
燃燒後捕集即在燃燒排放的煙氣中捕集CO2，如今常用的CO2分離技術主要有化學吸收法（利用酸鹼性吸收）和物理吸收法（變溫或變壓吸附），此外還有膜分離法技術，正處於發展階段，但卻是公認的在能耗和設備緊湊性方面具有非常大潛力的技術。
從理論上說，燃燒後捕集技術適用於任何一種火力發電廠。然而，普通煙氣的壓力小體積大，CO2濃度低，而且含有大量的N2，因此捕集系統龐大，耗費大量的能源。
二氧化碳運輸
捕集到的二氧化碳必須運輸到合適的地點進行封存，可以使用汽車、火車、輪船以及管道來進行運輸。一般說來，管道是最經濟的運輸方式。2008年，美國約有5800千米的CO2管道，這些管道大都用以將CO2運輸到油田，注入地下油層以提高石油採收率（Enhanced Oil Recovery，EOR）
二氧化碳封存
二氧化碳封存的方法有許多種，一般說來可分為地質封存（Geological Storage）和海洋封存（Ocean Storage）兩類。
碳封存示意圖
碳封存示意圖地質封存
把CO2注入油田或氣田用以驅油或驅氣可以提高採收率（使用EOR技術可提高30%~60%的石油產量）；注入無法開採的煤礦可以把煤層中的煤層氣驅出來，即所謂的提高煤層氣採收率（Enhanced Coal Bed Methane Recovery，ECBM）。
然而，若要封存大量的CO2，最適合的地點是鹹水層。鹹水層一般在地下深處，富含不適合農業或飲用的鹹水，這類地質結構較為常見，同時擁有巨大的封存潛力。不過與油田相比，人們對這類地質結構的認識還較為有限。
海洋封存
海洋封存是指將CO2通過輪船或管道運輸到深海海底進行封存。然而，這種封存辦法也許會對環境造成負面的影響，比如過高的CO2含量將殺死深海的生物、使海水酸化等，此外，封存在海底的二氧化碳也有可能會逃逸到大氣當中（有研究發現，海底的海水流動到海面需要1600年的時間）。
總的來說，人們對海洋封存的了解還是太少。
CCS項目
目前國際上正在開展的CCS項目有很多，其中比較著名的是：
美國未來發電計畫（FutureGen）
項目原打算在一個260MW的IGCC電廠測試碳捕集技術和CCS系統，目標是將電廠廢氣減少到近零排放的水平。2008年6月30日美國能源局宣布將重新整合未來煤電計畫。美國能源局將只贊助CCS系統，而不再向IGCC電廠投資。
Sleipner碳封存示意圖
Sleipner碳封存示意圖挪威Sleipner項目
Sleipner項目開始於1996年，是世界上首個將CO2封存在地下鹹水深層的商業實例，由挪威國家石油公司運營。該項目每年可封存100萬噸CO2。
德國黑泵電廠項目
這是世界上首個能捕集和封存自身所產生的CO2的燃煤電廠，於2008年9月9日由瑞典瀑布電力公司在德國東北部的施普倫貝格動工建設，電廠裝機容量為30MW。
此外，中國已經於2008年在北京一個熱電廠改造了CO2捕集設備，更多的CCS項目正在規劃中： 
華能北京高碑店碳捕集裝置
華能北京高碑店碳捕集裝置華能-CSIRO燃燒後捕集示範項目
該示範項目由澳大利亞聯邦科學與工業研究組織（CSIRO）、中國華能集團公司以及西安熱工研究院（TPRI）聯合建設。該項目是對華能北京高碑店熱電廠進行碳捕集改造，設計CO2回收率大於85%，年回收CO2能力為3000噸。該示範項目已於2008年7月16日正式投產。
華能上海石洞口第二電廠
華能上海石洞口第二電廠碳捕獲項目是在其二期新建的兩台66萬千瓦的超超臨界機組上安裝碳捕集裝置，該裝置總投資約1億元，由西安熱工研究院設計製造，處理煙氣量為66000標準立方米/小時，約占單台機組額定工況總煙氣量的4%，設計年運行時間為8000小時，年生產食品級二氧化碳10萬噸。該項目已於2009年12月30日投入運營。
中電投重慶合川雙槐電廠
中電投重慶合川雙槐電廠是在一期兩台30萬千瓦的機組上建造碳捕集裝置，總投資約1235億元，由中電投遠達環保工程有限公司自主研發設計，年處理煙氣量為5000萬標準立方米，年生產工業級二氧化碳1萬噸。該碳捕集項目於 2010年1月20日投入運營。
中英碳捕集與封存合作項目（NZEC）
中英煤炭利用近零排放合作項目（Near Zero Emissions Coal）旨在應對中國日益增加的燃煤能源生產和二氧化碳（CO2）排放。英國計畫通過三個階段實現NZEC示範的目標。第一階段，研究在中國示範和發展CCS技術的可行性方案；第二階段，進一步開展CCS技術的開發工作；第三階段，在2014年之前建成CCS技術示範電廠。
中英煤炭利用近零排放項目（COACH）
中英煤炭利用近零排放項目（COoperation Action within CCS CHina-EU）旨在促進中歐碳捕集與封存（CCS）領域的合作。現今中國計畫在2010年之前建造一座具備CO2捕集與封存技術的燃煤電廠，COACH項目將為這一計畫提供必要的技術支持。
綠色煤電計畫（Greengen）
綠色煤電計畫是中國華能集團公司於2004年提出的，計畫的總體目標是研究開發、示範推廣以煤氣化制氫、氫氣輪機聯合循環發電和燃料電池發電為主、並對污染物和CO2進行高效處置的煤基能源系統；大幅度提高煤炭發電效率，使煤炭發電達到污染物和CO2的近零排放。2009年7月6日，綠色煤電天津IGCC示範電站開工建設，總投資21億元，採用華能自主研發的具有自主智慧財產權的每天2000噸級兩段式乾煤粉氣化爐，首台機組將於2011年建成。
重要突破
2012年8月6日，中國首個二氧化碳封存至地下鹹水層的全流程示範工程建成投產一年多來，已累計封存二氧化碳4萬多噸，取得了碳捕獲與封存（CCS）技術領域的突破性進展。
這個由中國最大的煤炭企業神華集團實施的10萬噸/年“CCS”示範項目，是中國百萬噸級煤直接液化示範項目的環保配套工程，被列為國家科技支撐計畫重點科研項目。
北京大學清潔能源研究院院長張東曉認為，“CCS”有望成為全世界減少碳排放份額最大的單項技術。因為封存工業排放的大量二氧化碳，潛力最大的地質結構就是鹹水層，僅鄂爾多斯盆地下面的鹹水層就能封存幾百億噸的二氧化碳，而這種盆地在中國比較多見。這個示範項目實現長周期運行，將為中國建設煤基低碳能源系統作出積極的探索，有助於其在清潔利用煤炭資源和溫室氣體減排方面做出更多貢獻。
全球發展現狀
該研究所預計，其年度報告中確定的59個項目中，屆時可能只有51個能投入運行，而有些項目則不太可能實施。
“由於碳捕獲與儲存是鐵、鋼和水泥生產等工業領域唯一可用的脫碳技術，因此，無法將溫度升幅僅僅控制在2攝氏度的風險變得更大。”報告說。
許多主要國家的政府未能制定限制碳排放的法規並提高企業的排污成本，這阻礙了私營部門在這項昂貴技術方面的投資。
在美國，兩位總統候選人都在對煤炭行業的支持上大做文章，卻很少提及在碳捕獲與儲存方面的投資，原因在於使用水力壓裂法開採使得頁岩氣產量激增，從而大幅拉低了天然氣價格，推動溫室氣體排放量降至20年來的低點。
根據該調查報告的結果，在過去一年中，全球大規模碳捕獲與儲存項目的數量只增加了1/75。自2011年以來，有8個項目被取消，但新確定了9個項目，其中大部分項目將把捕獲的碳注入地下，以實現石油或天然氣的再開採。美國的碳捕獲項目數量居首，已運行和規劃中的項目達24個，其次是歐洲的21個和中國的11個。
報告還顯示，雖然開發中國家的溫室氣體排放量預計將因人口增多和工業化進程而上升，但其碳捕獲與儲存初期階段的發展取得了一些進展。
19個開發中國家正在實施碳捕獲與儲存項目，但為了實現國際能源署認為的必要的全球減排目標，到2050年，70%的碳捕獲與儲存項目需要部署在非經合組織國家。
該報告指出，英國、聯合國和中國自2011年起已經在制定相關政策，這將有助於更大規模地部署碳捕獲與儲存項目。
英國政府推出了一項綜合政策，希望通過電力市場的改革，推動示範規模的碳捕獲與儲存項目向商業規模擴展。
但全球碳捕獲與儲存研究所警告說，這些進展並不足以削減碳排放或防止溫度顯著升高。
“儘管碳捕獲和儲存示範項目的投資仍然相當可觀，但卻越來越不穩固，而且現有的資金支持水平所服務的項目將比最初預期的要少。”報告說。
