碳捕捉封存技术的介绍及未来展望

李翔

广州维港环保科技有限公司   广州市黄埔区   510000    

【摘要】：化石燃料产生的二氧化碳排放会导致气候变化，而大幅减少二氧化碳排放对于降低未来灾难性后果的风险至关重要。二氧化碳捕捉和封存被认为是减少二氧化碳排放到空气中的最有效方法。在这篇文章中，我将介绍碳捕捉封存技术，并对未来的发展提出展望。

【关键词】：二氧化碳 碳捕捉技术 吸收剂 利用和封存 

1碳捕捉技术综述

如今世界上的大部分能源消耗来自化石燃料,而大量使用化石燃料排放的二氧化碳会造成温室效应。从 1960 年到 2010 年，空气中的二氧化碳浓度从 310ppm 上升到 390ppm。CCS，即碳捕捉封存技术，是从点源污染（如燃煤电厂）中捕获二氧化碳、将其运输到储存地点并将其与空气隔离的技术过程。然而，如果要在全球范围内显著减少碳排放，CCS 的规模是巨大的。每年消耗约60亿吨煤炭，产生180亿吨二氧化碳。相反，现在我们每年只能吸收几百万公吨的二氧化碳（Chu，2009）。因此，开发这项技术是解决环境问题的关键。

2. CO2的捕捉、运输、封存过程

碳捕捉技术主要分为三种，即燃烧后捕捉、燃烧前捕捉和富氧燃烧捕捉。其中，燃烧后捕捉是最常规的技术，因为燃烧后捕集技术适合改造现有设施，对工厂的上游（燃料）部分没有影响。捕捉后的烟气通过管道输送的二氧化碳被压缩到每平方英寸约 2,000 磅。在这个压力下，气体变成超临界流体，这意味着它可以像液体一样被泵出，且它的流动阻力非常低。在今天，美国有大约 4,000 英里的此类管道。

当二氧化碳被注入某些地层例如枯竭的油气藏、不可采煤层、含盐含水层、页岩和玄武岩地层、海洋后，它会随着浮力的增加而分散。由于毛细管堵塞造成的残留捕集会减慢 CO2 的扩散并有助于溶液捕集过程。随着时间的推移，二氧化碳最终被捕获为固体碳酸盐矿物，对环境不会造成危害。

3碳捕捉技术的挑战

碳捕集技术的发展主要是对传统燃烧和气化系统的改进，增加了散装供氧、二氧化碳吸附剂捕集、二氧化碳压缩和储存等单元操作。但大规模应用 CCS 存在挑战。首先，如何设计、优化和操作新的燃烧和气化装置，控制所需的气体质量和分离气体（Wall，2007）。然而，目前可用的捕获技术的高成本限制了其部署。人们没也有足够的经验在商业规模的发电厂中操作二氧化碳捕集设备。同时，也缺乏将大量二氧化碳储存在地质构造中的经验以及输送二氧化碳的管道基础设施和储存二氧化碳的国际规则。

4. 解决方案

开发和部署有效且低成本的 CCS 技术将使我们能够实现我们的短期气候变化目标。我认为在至少三个方面我们可以在一定程度上促进CCS技术的大规模应用。

1、二氧化碳的再利用

除了储存捕获的二氧化碳外，还有其他方法可以再利用它。例如，许多工业活动可以使用发电厂转化为二氧化碳进料流，但现在被使用的CO2不足发电厂产生的二氧化碳总量的 1%。另一种可能性是使用二氧化碳来制造稳定的固体产品，例如从硅酸钙和硅酸镁中提取的碳酸盐矿物，它们可以作为碳酸盐返回到环境中。或者二氧化碳可以生产多种生物燃料产品，包括甲醇 (CH3OH) 和二甲醚 (CH3OCH3)。通过再利用捕获的二氧化碳，可以节省更多经济成本。

2、技术进步

我们可以为燃煤电厂找到很多选择，以确定哪种 CCS 技术是合适的，以及燃烧燃料和减少二氧化碳排放的最具成本效益的方式。此外，系统组件的开发可以降低CCS设备的总体成本。许多新方法正在研究中，例如更高效、低温的煤制氢和甲烷催化转化、基于相分离的二氧化碳封存和多联产。

3. 财政激励

政府可以为 CCS 技术的早期开发或增量部署提供各种财政激励措施。因此，美国能源部 (DOE) 资助了 34 亿美元的美国复苏和再投资法案，用于 CCS 研究和开发。美国能源部还支持在美国七种不同地质构造中进行二氧化碳封存测试。国际合作对于加速 CCS 技术和专业知识的全球传播至关重要。

5. 碳捕捉技术的未来展望

为了减少二氧化碳排放，现在很多国家都更加重视CCS，发展CCS技术。 G8 领导人在 2010 年呼吁开展 20 多个 CCS 项目（Chu，2009）。目前已有74个综合碳捕集项目已上市运营，其中大部分仍处于识别、评估、定义或实施阶段。例如，由美国能源部国家能源技术实验室 (NETL) 运营的美国碳封存计划正在研究减少温室气体排放的五种技术方法。渠道包括广泛的技术开发和合作机会，以促进国内和国际合作（figueroa et al. 2008）。

根据欧盟委员会 (EC) 的说法，到 2050 年，CCS 将把二氧化碳排放量减少到 1990 年水平的 80-95%。他们的成本效益分析表明，除了增加可再生能源的使用外，未来的竞争力低碳能源结构必须包括 CCS 的大规模部署（Harrison, B  et al. 2008）。未来如果 CCS 技术发展迅速，它将被广泛用于缓解向低碳电力生产的过渡。相反，如果增长放缓，它仍将在减少水泥和钢铁等其他碳密集型行业的排放方面发挥作用。

参考文献:

[1]Harrison, B. and Falcone, G. (2013). Carbon capture and sequestration versus carbon capture utilisation and storage for enhanced oil recovery.Acta Geotechnica, 9(1), pp.29-38.

[2]Chu, S. (2009). Carbon Capture and Sequestration.Science, 325(5948), pp.1599-1599.

[3]Padurean, A., Cormos, C. and Agachi, P. (2012). Pre-combustion carbon dioxide capture by gas–liquid absorption for Integrated Gasification Combined Cycle power plants.International Journal of Greenhouse Gas Control, 7, pp.1-11.

[4]Wall, T. (2007). Combustion processes for carbon capture.Proceedings of the Combustion Institute, 31(1), pp.31-47.

[5]Figueroa, J., Fout, T., Plasynski, S., McIlvried, H. and Srivastava, R. (2008). Advances in CO2 capture technology—The U.S. Department of Energy's Carbon Sequestration Program.International Journal of Greenhouse Gas Control, 2(1), pp.9-20.