什么是碳捕获和封存技术

序言

夏季的东京奥运会才刚结束不久,2022年北京冬奥会就要开始了。

什么是碳捕获和封存技术(碳捕集技术是什么)(1)

此次的冬奥会有点意思啊,我们兑现碳中和办赛承诺,许多场馆都采取绿色能源供电,冰场采取新型二氧化碳制冷剂技术,实现碳排放全部中和。

碳中和?这是个很热门的话题啊,大家都知道,现在全世界都在想办法减少碳排放,从电动汽车的发展就能看的出来。

但是光减少碳排放还不够,因为大气中已经存在足够的温室气体了,而二氧化碳在里面占大头。

于是有人就想能不能把空气中的二氧化碳直接吸收,然后储存起来,这不就和植物的光合作用类似吗?

那么问题来了,这种想法靠谱吗?

它真的能对碳中和起到推动作用?

碳捕集技术

近日,位于冰岛的一家碳捕集工厂开始运营,这是全球目前规模最大的从空气中直接捕集二氧化碳的工厂。

它是由八个大型集装箱组成,每个集装箱机组又由十二台大型风扇组成。风扇把空气中的二氧化碳“捕捉”到海绵状过滤器中,是不是有点像吸尘器的原理?

当里面的过滤器饱和之后,机器会被关闭并加热到八十至一百摄氏度的高温,从而将二氧化碳气体释放出来,收集到的二氧化碳经过浓缩处理,与热水混合,然后放入到地下约一千米深处的玄武岩层。

等它冷却之后,经过大约两年的时间,就会慢慢矿化成深灰色石头,从而达到将二氧化碳永久封存的效果。

人类的本质一直都是烧开水,对于二氧化碳也是如此!

这就是开头所提到的碳捕集技术,专业叫法是CCS(Carbon Capture Storage),碳捕捉与存储。

我来举个简单的例子,小卖铺里的可乐瓶也算是碳捕集,可乐里的气体就是被压缩溶解到可乐中的二氧化碳。

但你要说可乐厂是不是对碳中和有帮助,那你就想多了,因为你当喝可乐的时候,打一个嗝,二氧化碳就又出来了。

说点正经的啊,冰岛那个碳捕集工厂每年可从空气中捕集4000吨二氧化碳,相当于大约800辆燃油小汽车一年的排放量。

迄今全球已有15家工厂从空气中直接捕集碳,分布在欧洲、美国和加拿大,每年捕集二氧化碳量总计超过9000吨。

海上二氧化碳封存

除了将二氧化碳封存到地下,还可以放到海洋底部。

海水对于二氧化碳来说,其实是个天然的巨大容器。

它不仅可以溶解二氧化碳,同时海面浮生的藻类也可以转化海水中的二氧化碳为有机质和氧气,降低海水中的二氧化碳浓度,使得海水能继续吸收二氧化碳。

2021年8月30日,中国首个海上二氧化碳封存示范工程在南海珠江口盆地正式启动,将油田群开发过程中产生的二氧化碳进行收集,然后处理,再封存进800米深海地层,实现二氧化碳的零排放。

此次海上二氧化碳封存项目实施后,预计高峰年可封存二氧化碳30万吨,累计封存二氧化碳146万吨以上,相当于植树近1400万棵,或停开近100万辆轿车。

这种技术是如何做的呢?

简单来说,就是油和伴生二氧化碳气体一起从地层采出之后,经过装置将二氧化碳分离出来,再进行脱水干燥和压缩两个主要流程,之后就可以通过回注井注入地下,封存在已经找好的“容器”里了。

为啥封存在800米?而不是400米、500米呢?

是因为在800米深处的咸水层具有穹顶式结构,并覆盖有厚厚的泥质保护层,注入的二氧化碳被封存在穹顶之下,能有效防止气体溢出。

中国碳捕集技术发展

从上面的案例可以看的出,我们现在的碳捕集技术像极了植物的光合作用,都是将碳固定下来了,但是植物的光合作用比人类的技术优秀多了。

比如植物可以利用光能将二氧化碳和水变成有机物,把二氧化碳变成葡萄糖、蔗糖,这难道还不神奇吗?

也就是说在植物的世界里,一切皆可利用,这就给了我们新的思路。

如今的制冷剂、食品包装、消防灭火设备等等都是需要二氧化碳作为原料的。对了,现在又出现了一种最新的技术是把二氧化碳注入到油层中,用来提升未来油田的采收率。

再比如前段时间,我国科学家以二氧化碳、氢气为原料,成功生产出淀粉,在国际上首次实现了二氧化碳到淀粉的从头合成。

是不是觉得我们可以在利用二氧化碳的同时,又能减少碳排放呢?

嗯!没错!这就是全新的CCUS(Carbon Capture,Utilization and Storage)技术,也就是碳捕获、利用与封存。

简单来说,就是对生产过程中排放的二氧化碳进行提纯,然后用于某些生产环节中,将二氧化碳资源化,提高利用率,减少排放。

2019 年中国共有18个碳捕集项目在运行,二氧化碳捕集量约170 万吨,比如中国华能集团有限公司所属工程二氧化碳捕集项目、华润电力有限公司碳捕集测试平台等等。

12 个地质利用项目运行中,地质利用量约100 万吨;化工利用量约25 万吨、生物利用量约6 万吨。

但由于捕集对象通常都是大型工业设施排放的二氧化碳,因此处理项目通常都会设计在发电站、水泥厂等工厂的附近,同时也带来高成本和高商业风险。

它的成本主要包括采购维护成本和补集过程中的能耗。

有研究通过分析,计算得到增加二氧化碳相关装置使电厂的平准化度电成本升高29%-32%,同时企业需要面对包括封存风险、基础设施风险在内的商业风险。

成本要提高将近30%,对于发电厂来说是一笔不小的开支呀!所以一般也就大企业才敢这么做,小企业基于成本的压力能做得少之又少!

碳捕集有多重要

说了半天,那碳捕集相关的技术,能在碳中和里面扛大梁?

先说结论,现在还起不到很大的作用。

根据国际能源署的数据,2020年全球CO2排放量总计315亿吨,什么概念?

冰岛那个碳捕集工厂一年可以捕获4000吨二氧化碳,就是说全球需要建设7,875,008座这种最大规模的工厂才可以!

但是,我们也不能低估了技术的发展速度,当时阿波罗登月飞船所用的计算机算力还不如现在的一个普通手机。

根据国际能源署估计,如不果断采取行动,2050年与能源有关的二氧化碳排放量将比2005年增加130%,而二氧化碳捕集和封存(CCS)是能够减少化石能源消耗大户二氧化碳排放的关键技术,同时也是大规模减少碳排放、减缓全球变暖最有前景的方法之一。

虽然它可能无法逆转目前已经存在的一些气候变暖所带来的危害,但是却为改善全球气候变暖等环境问题带来一线希望。

当然,要减缓日益加剧的气候变化,单一的解决方案远远不够。

要知道新技术的发展,其实是一个不断试错不断降低成本的过程,对于碳中和目标的实现,我们不仅需要大幅度地减少碳排放,积极使用各种清洁能源,同时也要研究更加先进、成本更低的碳捕获技术。

只有控制住二氧化碳的吸收跟排放,才能充分帮助我们应对气候变化的难题。

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