用碳氢核肥
农作物疯狂生长

碳捕捉:把二氧化碳“关起来”

「消防设备大普及」灭火类—二氧化碳灭火器

二氧化碳灭火器 二氧化碳灭火剂是一种具有一百多年历史的灭火剂 价格低廉 获取、制备容易 主要依靠窒息作用和部分冷却作用灭火 二氧化碳具有较高的密度 约为空气的1.5倍 一、二氧化碳化学结构及其用途 二氧化碳是我们很熟悉的一种气体 大量的二氧化碳会导致温

而最新的变化是,巴黎气候变化大会协议如果达成,将提高具有法律约束效力的多边减排目标,进而加大全球碳捕捉需求、研发及商业化可能。

在魏兹曼科学研究所位于以色列RehoVot办公楼的顶层,初创企业NewCO2Fuels(NCF)的团队正在对一个太阳能设备原型开展测试。通过这个装置,能够从二氧化碳、水和热量中生产出“合成气”。这样一来,二氧化碳不再被释放到空气中,而是被“关了起来”。随后,它们将被压缩然后转换,重新变回燃料。

63岁的大卫-班诺特是这家公司的董事长,在接受媒体采访时,他说自己是一个环境保护主义者。眼见着气候变化渐渐成为全世界关心的议题:正在巴黎举行的联合国气候变化大会吸引到一百四十多个国家的首脑驻足,便足以证明温室问题的严峻性。班诺特相信,这种做法在对抗全球气候变暖方面具有潜力。

类似的技术被称作碳捕捉与封存(CCS)。伴随各国进一步寻求减少温室气体排放的方法,它正在吸引更多的注意力。从最初的理论实践到市场化试验,碳捕捉也正在打开一番商业化应用的图景。

气候变暖:全世界的课题

气候组织大中华区总裁吴昌华有一天在自己的微信朋友圈记录下这样一段话,“巴黎谈判会场始终有两种反差鲜明的氛围:一是谈判者们比蜗牛爬行还慢的进展,谈判争端20年不变;一是自下而上的各界的行动,企业界、地方政府、民间组织、令人振奋和热血沸腾。”

奔赴巴黎一线,以观察者身份辗转会场内外,吴昌华的这番话显示出气候谈判的世界瞩目程度。所谓的“谈判争端”,是指巴黎气候协议将达成2020年后气候资金、“共同但有区别的责任”原则落实、行动力度等关键问题。各国争议的焦点集中在,发达国家控制碳排放,以及帮助发展中国家减排的力度,包括控制全球2至1.5摄氏度升温的长期目标,发达国家提供的气候资金承诺以及技术转让问题。

长期监测表明,大气中的二氧化碳含量因人类活动而不断增加。这将导致地球温度上升,海水PH值下降。根据科学家预测,如果不能大幅度减少排放到大气中的二氧化碳及其他温室气体,地球的温度将持续上升。温度的上升将会导致气候发生变化,海平面上升,海洋和陆地将不同程度地受到影响。

据新华社消息,早在大会开幕前,便有超过160个国家提交了碳减排自主贡献文件(INDC),提交报告的国家碳排放量达到全球碳排放的90%。这已经是历史性突破,然而仍然只能控制全球气温上升3度。巴黎气候变化大会的最低目标是到控制全球气温上升2度以内。

尽管如此,美国“气候中心”组织宣称,最快在未来200年内,全球气温上升2摄氏度,海平面将上升4.7米,气温上升4摄氏度,包括上海、香港在内的中国及全球主要沿海城市将成为“水下城市”,面临没顶之灾。

把二氧化碳“关起来”

针对气候暖化的问题,有着各种令人振奋的技术设想。其中一项听起来似乎有些天方夜谭,“人类试图将自己制造的二氧化碳赶回地下,并封存起来”。那些不愿改变能源结构国家的政客和传统能源巨头的老总们热切地希望这是阻止气候变暖的方案之一。

在距离美国北达科他州边境不远处,是加拿大萨斯喀彻温省的“边界大坝”电厂,它的其中一个发电机组每年燃烧80万吨煤,为该地区的住户和企业提供139兆瓦的电力。但是从2014年10月开始,燃烧所产生的二氧化碳有了自己的“新命运”,它们被捕获并进行压缩。

改造后,这一机组可生产清洁电力110兆瓦,每年可以捕捉约100万吨二氧化碳气体,占其二氧化碳排放总量的90%。这些被捕获的二氧化碳将用于油气行业提高原油采收率和开展地质封存示范项目,随后,这批近100万吨的二氧化碳气体被Cenovus能源公司收购,压缩气体通过管道注入地下深处,打造出更加抢手的地下原油。

这便是CCS——目前被广泛接受的定义是“一个从工业和能源相关的生产活动中分离二氧化碳,运输到储存地点,长期与大气隔绝的过程”。在通常的描述中,这种技术的产业链由四部分组成:从捕捉到运输分离,再到封存和监测,CCS为减排提供了一条重要路径。

把二氧化碳从在燃烧化石燃料用于发电过程中或工业生产过程中所产生的其他气体分离开。二氧化碳刚刚从烟道气中被分离出,便被压缩再运输到适合的封存点。在封存点,二氧化碳将被注入深部地下岩层中,以保证以液态形式存在。

虽然这项技术尚未大规模形成市场,但也在全球范围内多点开花。在北非地区,In Salah项目能够让二氧化碳从生产的天然气中被分离出来并被重新注入生产的油气藏区。挪威的Sleipner是世界上首个全面运营的可进行二氧化碳注入的离岸天然气田。在美国,科氏氮气在俄克拉荷马州伊尼德的工厂在化肥生产过程中所产生的二氧化碳被捕集,然后被运输用于提高石油采收率(EOR)。

政府间行动渐蓬勃

韩国高丽大学教授李会晟对于CCS也是青睐有加,作为联合国政府间气候变化专门委员会的主席,他表示,工业部门,特别是能源部门,需要成为气候变化解决方案的一部分。“例如,我们需要在CCS领域进行更多投资,如果没有这方面的动作,很难做到零排放。很清楚的是,能源企业对保证这一技术未来进一步发展和实施方面充满兴趣。”

韩国全国经济人联合会刘焕亦产业本部长则认为,要使CCS技术普及的话,需要10年以上的时间。政府政策要有一致性,才能使企业进行投资。

一些跨越地域的政企联合行动已经展开。今年11月6日,壳牌正式启动位于加拿大阿尔伯塔省的奎斯特(Quest)二氧化碳捕捉和封存项目。长达240公里的二氧化碳运输管道“阿尔伯塔碳干线”将捕捉能源行业排放的二氧化碳,并将它们注入废弃油田中,达到提高石油采收率和减排的双重目的。

据悉,奎斯特项目每年可捕捉和安全埋存100余万吨二氧化碳——大约相当于25万辆小汽车的碳排量。奎斯特项目是政府和企业紧密合作的成果,旨在全球范围内推动二氧化碳的捕集和埋存。

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来自壳牌方面的信息显示:奎斯特项目将捕集壳牌加拿大斯考特福德油砂提质加工厂三分之一的二氧化碳排放,该厂将油砂沥青转化为可以提炼燃油及其他产品的合成原油。被捕捉到的二氧化碳经一条65公里长的管道运输后,再穿过多个不透水的岩层被注入地下2千多米深的地方。

在今年稍早的试运行期间,奎斯特项目共捕捉并封存了20多万吨二氧化碳。阿尔伯塔省政府和加拿大联邦政府分别为奎斯特项目提供了7.45亿加元和1.2亿加元的资助。

美国伊利诺伊大学旗下地质调查局近日则获得美国能源部170万美元拨款,该机构也正在研发促进碳封存技术商业化的技术。

而中国和美国今年宣布两国将合作进行两项新的碳捕捉、利用和存储项目,以使该技术商业化。在中国《2020年国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006至2020年)》中,CCS被定义为未来开发的尖端技术。

不过,政府间合作仍有一段相当长的路要走,全球碳捕集与封存研究院欧洲、中东及非洲地区的总经理安迪-普维丝指出,如今世界上很多不同地区都已经在CCS方面采取行动,其中也涉及许多工业领域。支持政策部署广泛CCS行动的一个主要驱动因素是减少工业进程中二氧化碳排放量的挑战,在全球范围内,工业领域的碳排放量占到了25%。他表示,CCS要想成功,涉及政府可持续和安全的工业和能源生产计划的时效性、实施程度和持久度等。

资本市场催化碳捕捉

早在2009年,国际能源署(IEA)曾发布一张路线图,呼吁到2020年实现100个大型CCS项目,根据国际能源机构的估计,到2050年,CCS要想对缓解气候变化产生显著影响,至少需要有6000个项目。根据全球碳捕捉与封存研究院的11月下旬公布的最新报告,截至目前,全球范围内已经有15个碳捕捉与封存项目投入运行,今年共捕捉2800万吨由燃煤和工厂排放的二氧化碳。在未来18个月中,还会有另外七个项目上线。

CCS能通过降低工业和发电厂使用化石燃料所产生的二氧化碳来对整个温室气体排放控制起到非常重要的作用。CCS所需的大多数技术现已在许多行业中被广泛应用,但在发电和工业上仍未得到商业规模的应用。然而,由于技术太过前沿,这一概念在国内仍然十分小众,碳捕捉及封存高昂的成本也阻碍其大规模推广。

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。中美清洁能源研究中心碳捕捉试验基地的项目显示,装有二氧化碳的罐,一吨150元,然而“捉”一吨二氧化碳亏损50元,规模化推广还需政府支持。

煤炭信息研究院能源安全研究所能源经济中心主任孙超告诉上证报记者,在CCS方面,业界有物理法和化学法,国内常用的是低温甲醇提取,技术难度并不大,只是封存所用的设备需要从国外进口。然而,由于碳捕捉及封存成本高昂,政策补贴仍是空白,阻碍了其大规模推广。

即便如此,CCS依然是一个“雄心勃勃”的计划。最新变化是,巴黎气候变化大会协议如果达成,将提高具有法律约束效力的多边减排目标,进而加大全球碳捕捉需求,研发及商业化可能。

很多公司看中了其中的商业化机会,它们来自能源界,也来自金融界。以色列企业NCF便是其一,该公司预计将在2018年前使其碳捕捉技术商业化,该公司预计全球市场每年的潜在规模是240亿美元。“我们的理念是提取出工业生产中产生的二氧化碳和热量值的残渣并将其转化为利润”董事长大卫·班诺特说,在这一问题上,不能仅仅只是挥挥大棒让污染者付出代价,“你同样需要拿着‘胡萝卜’(诱饵),让他们看到商业潜力。”

这听起来是复杂的,但NCF认为,它在对抗全球变暖方面具有潜力。伴随各国开始寻求减少温室气体排放的方法,类似的捕获技术越来越吸引注意力。

在今年的巴黎气候峰会举行之前,富国银行接受外媒采访时宣布,不仅停止对全山头移除的煤矿开采资金援助,还表示对于新建或扩建燃煤电厂计划,若没有安装碳捕捉技术者,一律不予金援,此前高盛也做出类似宣言。

新概念也被资本市场热捧。国泰君安(行情601211,买入)证券研报分析,碳处理分为碳交易、碳捕捉与封存,目前这两部分市场在国内均处于萌芽阶段,从全球来看,碳交易在国外发展较为迅速,市场相对成熟;碳捕捉与封存目前处于新生阶段,行业嗷嗷待哺,潜力巨大。梳理未来碳处理主题投资机会,集中在碳交易与包括碳捕捉、碳运输与碳封存的各个环节内。

孙超指出,CCS已经不算产业链上最前沿的科技,国内有神华和延长石油两家企业在做,项目规模分别是10万吨/年和5万吨/年,做了3年多,但由于经济性障碍,仍处于小型示范项目阶段,成本远高于实验室成本。

“未来可能有经济性的是CCUS技术及应用,即煤化工企业将煤炭燃烧过程中产生的二氧化碳收集起来,卖给石油公司,打入油田井底挤出石油。目前神华正在与中石油等油企对接,看是否能有商业合作。”他进一步介绍。

公开资料显示,神华集团“二氧化碳捕捉封存工业化示范项目”2010年在内蒙古启动,是从煤制油生产线中捕集二氧化碳,经液化处理后运送到距离捕集地约8公里的咸水层地下2495米地层中封存,一期工程造价2.1亿。延长石油靖边碳捕集与封存项目今年7月通过国际“碳封存领导人论坛(CSLF)”认证。

永清环保(行情300187,买入)在今年三季报中介绍,公司围绕土壤治理过程中出现的新问题,新开辟业务领域的研发项目就包括二氧化碳捕集技术。研究方法通过建立一套模拟工业脱碳实验装置和流程,对化学法吸收二氧化碳进行进一步考察和研究并根据实际情况对操作条件进行优化。

其主要用途和应用前景是,通过该实验掌握醇胺法吸收二氧化碳,探讨不同实验条件对其吸收效率的影响。此系统可用于火电厂,钢厂等大型烟气排放中二氧化碳的脱除,减少其对环境的污染,缓解温室效应。据悉,该研发课题已经完成。

名词解释

二氧化碳捕捉和封存项目(CArbon capture and storaGE,简称CCS),可广泛应用于众多工业领域以减少二氧化碳排放,包括发电、水泥、化工和炼油、钢铁以及提质加工等。

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