本刊記者/陳道隆 劉榮

2012年7月版的《四川大學(xué)學(xué)報(bào)》上刊登了中國(guó)工程院院士、四川大學(xué)校長(zhǎng)謝和平的最新研究成果，在這篇名為《全球二氧化碳減排不應(yīng)是CCS，應(yīng)是CCU》的文章中，謝和平認(rèn)為與其將二氧化碳封存起來(lái)，不如實(shí)現(xiàn)高效利用。

那么，在CCS（碳捕獲與封存）和CCUS（碳捕獲，利用與封存）技術(shù)備受矚目的背景下，謝和平提出的CCU（碳捕獲與利用）技術(shù)會(huì)給我國(guó)二氧化碳減排技術(shù)研究帶來(lái)哪些啟發(fā)？

記者：說(shuō)到二氧化碳的處理技術(shù)，無(wú)論是CCS技術(shù)還是CCUS技術(shù)，現(xiàn)在都是人們議論的焦點(diǎn)。而您卻說(shuō)CCU技術(shù)才是二氧化碳減排未來(lái)的發(fā)展方向，您這么說(shuō)的理由是什么？

謝和平：我國(guó)是世界上主要的能源消費(fèi)國(guó)，也是主要的煤炭消費(fèi)國(guó)，二氧化碳排放量巨大，因此我國(guó)政府密切關(guān)注著CCS技術(shù)的發(fā)展動(dòng)向。不過(guò)CCS對(duì)二氧化碳的捕獲與封存是一種純投入的環(huán)保技術(shù)，不帶來(lái)直接經(jīng)濟(jì)效益，其持續(xù)性必將受到影響。所以越來(lái)越多的人開始思考是否能在捕獲二氧化碳之后，對(duì)其進(jìn)行有效利用。為此，我國(guó)提出了CCS向CCUS方向轉(zhuǎn)變的思路，很快得到國(guó)際同仁認(rèn)可。

但從目前CCS和CCUS的全球發(fā)展情況看，即使是運(yùn)行最好的CCUS項(xiàng)目，二氧化碳利用所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益也非常有限，遠(yuǎn)遠(yuǎn)覆蓋不了高額的項(xiàng)目投資成本。CCUS技術(shù)如果沒有出現(xiàn)重大技術(shù)創(chuàng)新和應(yīng)用領(lǐng)域的重大突破，如果沒有實(shí)現(xiàn)成本效益的顯著提高，任何國(guó)家都難以做到僅靠政府財(cái)政投入來(lái)支撐大規(guī)模推廣應(yīng)用。更何況對(duì)于我國(guó)這樣的發(fā)展中國(guó)家而言，首要任務(wù)是解決貧困和確保發(fā)展，如果單純?yōu)榱丝刂贫趸嫉呐欧?，額外增加碳排放企業(yè)的能源消耗和投資運(yùn)營(yíng)成本，顯然不合情理。因此，從目前CCUS技術(shù)水平的經(jīng)濟(jì)性來(lái)看，我國(guó)制定鼓勵(lì)大規(guī)模推廣CCUS產(chǎn)業(yè)政策還遠(yuǎn)未到合適時(shí)機(jī)。

同時(shí)，根據(jù)全球CCS研究院（GlobalCCS Institute，GCCSI）的調(diào)查，全球73個(gè)上規(guī)模的CCS項(xiàng)目中，正在運(yùn)行和建設(shè)之中的項(xiàng)目?jī)H有15個(gè)，其余58個(gè)項(xiàng)目仍處于前期規(guī)劃和設(shè)計(jì)階段，且多數(shù)項(xiàng)目屬于油氣田強(qiáng)化開采項(xiàng)目，即二氧化碳驅(qū)油（CCS+EOR）項(xiàng)目，涉及到電廠捕集的項(xiàng)目只占少數(shù)比例。目前二氧化碳捕集、凈化、運(yùn)輸和封存各單項(xiàng)環(huán)節(jié)都有示范運(yùn)行項(xiàng)目，但除了在油氣田驅(qū)油項(xiàng)目之外，尚無(wú)一體化、商業(yè)化經(jīng)營(yíng)的項(xiàng)目，全球范圍內(nèi)也沒有成熟的商業(yè)模式和運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)推廣。更重要的是，涉及CCUS有關(guān)的立法、融資、公眾接受、社會(huì)安全與責(zé)任、監(jiān)管等一系列政策法規(guī)體系的建設(shè)還需要相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間進(jìn)行研究。這套政策法規(guī)體系是否完備是大規(guī)模發(fā)展CCS的先決條件，但我國(guó)目前顯然還不具備這個(gè)條件。

其次，盡管對(duì)于CCS項(xiàng)目而言，投入大、能耗高、無(wú)效益、激勵(lì)政策不明朗、社會(huì)認(rèn)知度不高等問(wèn)題都能隨時(shí)間推移被淡化，但地質(zhì)存儲(chǔ)爭(zhēng)議卻是阻礙CCS技術(shù)發(fā)展的致命“硬傷”。因?yàn)槿粢獯娑趸迹瑒t必須將其注入到超過(guò)1000米深的地層，如此一來(lái)，二氧化碳便會(huì)與地層中的巖石、地下水發(fā)生物理化學(xué)變化，影響地質(zhì)結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)期穩(wěn)定，造成地表變形，甚至誘發(fā)地震。

這并不是人們的臆想，在國(guó)際能源署的資料中都有相關(guān)事件記載。1986年喀麥隆地震導(dǎo)致120萬(wàn)噸二氧化碳從尼奧斯湖中泄露出來(lái)，造成1700人死亡；阿爾及利亞Salah項(xiàng)目的二氧化碳封存工程現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明，每年地表的拱起程度達(dá)到了5毫米；美國(guó)科羅拉多州的Rangely油田現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試表明，將液體注入多孔介質(zhì)中能夠誘發(fā)微地震活動(dòng)，而德克薩斯州的油田高壓注射鉆井附近則頻繁發(fā)生微地震現(xiàn)象。

這些問(wèn)題的暴露，讓人們?cè)絹?lái)越難以預(yù)料二氧化碳地質(zhì)封存可能存在的風(fēng)險(xiǎn)，也使CCS前景堪憂。過(guò)去一年中，德國(guó)在CCS立法問(wèn)題的討論上出現(xiàn)了各種爭(zhēng)議和分歧，而全球已有5個(gè)規(guī)劃中的CCS項(xiàng)目宣告退出。有樂(lè)觀人士認(rèn)為我國(guó)具有很大的封存能力，可實(shí)際上二氧化碳封存有太多未知問(wèn)題，其不確定性和潛在的風(fēng)險(xiǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出人們的想象，再加上我國(guó)地質(zhì)結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，CCS地質(zhì)封存可能會(huì)遇到比其他國(guó)家更加難以想象的困難。

目前也有人寄希望于二氧化碳驅(qū)油（即將二氧化碳注入油層以提高采油率），認(rèn)為這是目前最好的二氧化碳埋存方法，但驅(qū)油和封存有著本質(zhì)區(qū)別—驅(qū)油對(duì)二氧化碳的封存作用時(shí)間最長(zhǎng)不超過(guò)40年，而CCS封存的時(shí)間跨度卻達(dá)到了幾百年甚至幾千年；驅(qū)油項(xiàng)目所用的二氧化碳約2/3還會(huì)回到地表，而封存項(xiàng)目則要將二氧化碳永久封存于地下。因此，二氧化碳驅(qū)油只是短期內(nèi)開展CCUS項(xiàng)目的權(quán)宜之計(jì)，而不能作為長(zhǎng)久之選。

第三，如果在一定時(shí)期內(nèi)，CCS的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性難有重大突破，必將面臨與可再生能源或其他低碳減排技術(shù)的激烈競(jìng)爭(zhēng)，勢(shì)必會(huì)影響投資者對(duì)CCS的投資決策。同時(shí)，CCS項(xiàng)目投資大、回報(bào)小的現(xiàn)實(shí)也會(huì)使其受到碳排放企業(yè)的消極抵觸，最終制約其發(fā)展。

很多國(guó)際組織和國(guó)家政策制定者認(rèn)為：公眾的認(rèn)同是大規(guī)模推行二氧化碳封存面臨的主要挑戰(zhàn)。但據(jù)調(diào)查顯示，普通公眾對(duì)二氧化碳封存可能引發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)（如水土污染、地震等）并不了解，僅有3%～6%的公眾表示了對(duì)二氧化碳地質(zhì)封存風(fēng)險(xiǎn)的擔(dān)憂。與此同時(shí)，專家們也指出由于所掌握的實(shí)際數(shù)據(jù)非常有限，很難準(zhǔn)確地說(shuō)明風(fēng)險(xiǎn)嚴(yán)重性。因此，如果沒有足夠詳實(shí)的CCS項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，沒有嚴(yán)密的公眾咨詢過(guò)程，要獲得民眾對(duì)規(guī)劃項(xiàng)目的認(rèn)同是非常困難的。

鑒于目前CCS，尤其是二氧化碳地質(zhì)封存在政策、技術(shù)、社會(huì)認(rèn)知和接受程度上的障礙和制約，我們才提出了全球二氧化碳減排不應(yīng)是CCS，而應(yīng)是CCU的發(fā)展新理念，即應(yīng)將二氧化碳作為一種資源充分開發(fā)利用。

記者：與CCS、CCUS相比，CCU的優(yōu)勢(shì)是什么？它如何實(shí)現(xiàn)二氧化碳的高效利用？

謝和平：CCU技術(shù)是我國(guó)在二氧化碳大規(guī)模利用技術(shù)研究上取得的創(chuàng)新和突破，它避開了二氧化碳地質(zhì)封存的各種風(fēng)險(xiǎn)和不確定性，從而保證了二氧化碳末端減排技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性、安全性、穩(wěn)定性和持續(xù)性，不僅適合我國(guó)國(guó)情，也是實(shí)際可行的大規(guī)模減排并開發(fā)利用二氧化碳的有效辦法。

實(shí)際上，利用二氧化碳生產(chǎn)高分子聚合物等化工產(chǎn)品，或?qū)⑵滢D(zhuǎn)化為甲醇、石油等能源產(chǎn)品，以及利用地球上廣泛存在的橄欖石、蛇紋石等堿土金屬氧化物實(shí)現(xiàn)二氧化碳礦化早已被人們熟知。但這些方式消耗的二氧化碳量少，減排效果不明顯，且成本高，因此大規(guī)模應(yīng)用的可能性較小。但眾所周知，天然礦物或工業(yè)廢料中蘊(yùn)含著豐富的鎂、鉀、硫、鈦等人類所需的資源，若能通過(guò)二氧化碳礦化分離出這些資源，不失為一條兩全其美的利用二氧化碳的有效途徑。于是，經(jīng)過(guò)我們研究小組的攻關(guān)，利用天然礦物和固廢資源大規(guī)模礦化二氧化碳的CCU技術(shù)就此誕生。該技術(shù)將二氧化碳作為一種資源，在低能耗、低成本條件下，利用二氧化碳礦化，轉(zhuǎn)化聯(lián)產(chǎn)高附加值化工產(chǎn)品，真正實(shí)現(xiàn)了二氧化碳的高效利用。

記者：大規(guī)模推行CCU技術(shù)需要滿足哪些條件？針對(duì)目前我國(guó)的實(shí)際情況，可以通過(guò)哪些方式實(shí)現(xiàn)CCU的應(yīng)用？

謝和平：要想CCU技術(shù)經(jīng)濟(jì)可行，并能大規(guī)模發(fā)展，首先要保證用來(lái)礦化利用二氧化碳的原料資源豐富、容易獲取，且價(jià)格低廉。結(jié)合這幾條因素，經(jīng)過(guò)綜合分析，我們的研究小組也為我國(guó)CCU技術(shù)的發(fā)展選擇了3條參考途徑。

首先，可以利用氯化鎂礦化二氧化碳聯(lián)產(chǎn)鹽酸和碳酸鎂。氯化鎂是海水、鹽湖中鎂的主要形式，我國(guó)海域中鎂離子含量達(dá)到0.13%，四大鹽湖區(qū)鎂鹽儲(chǔ)量達(dá)數(shù)十億噸，可以說(shuō)氯化鎂來(lái)源非常豐富。我們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，10噸六水合氯化鎂就能礦化1.5噸二氧化碳，約產(chǎn)出5噸36%的鹽酸和2.9噸的碳酸鎂。其中鹽酸是重要的化工原料，而碳酸鎂則可作為耐火材料、鍋爐和管道的保溫材料，以及食品、藥品、化妝品等的添加劑。這一路線具有較好的應(yīng)用前景和利潤(rùn)空間。

其次，可以利用磷石膏固廢礦化二氧化碳聯(lián)產(chǎn)硫基復(fù)合肥。磷石膏是濕法磷酸生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的工業(yè)固廢，目前仍沒有切實(shí)可行的辦法處理這種廢料。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)每年約有5000萬(wàn)噸的磷石膏產(chǎn)出量，已堆積的磷石膏固廢超過(guò)5億噸。如何處理這些無(wú)法利用的磷石膏固廢，現(xiàn)在已經(jīng)成為磷酸行業(yè)亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題。我們通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，每10噸磷石膏能夠礦化2.5噸二氧化碳，并且還能將磷石膏變廢為寶，轉(zhuǎn)化為化肥及建筑材料?？梢哉f(shuō)這是一條具有較好利潤(rùn)空間和工業(yè)可行性的技術(shù)路線。目前我們已經(jīng)與中石化聯(lián)合成立了研究院，即將在四川達(dá)州進(jìn)行中試和示范工程建設(shè)。

第三，除了上述兩條路線，我們還可以發(fā)掘其他可能的二氧化碳礦化利用技術(shù)。自然界中的很多礦物都可以轉(zhuǎn)化為高附加值的化工產(chǎn)品。例如，鉀長(zhǎng)石中含有豐富的鉀元素，且儲(chǔ)量巨大，而利用鉀長(zhǎng)石礦化二氧化碳，不僅可以實(shí)現(xiàn)二氧化碳減排，同時(shí)還能提取出稀缺的鉀元素聯(lián)產(chǎn)鉀肥；而利用鈣鈦礦中的鈣離子礦化二氧化碳，能夠獲得高附加值的二氧化鈦。目前我們的研究小組也在對(duì)鉀長(zhǎng)石或鈣鈦礦礦化二氧化碳技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步探索。

隨著二氧化碳礦化技術(shù)和礦物活化技術(shù)的發(fā)展，以及新的礦化路徑的提出，基于二氧化碳礦化利用的CCU技術(shù)完全可能成為減排二氧化碳的有效辦法，并實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的工業(yè)應(yīng)用。

記者：如此說(shuō)來(lái)，CCU技術(shù)的應(yīng)用真的令人期待，但也不能操之過(guò)急。那么在您看來(lái)怎樣才能使CCU技術(shù)在我國(guó)得到良性發(fā)展？

謝和平：當(dāng)然，所有事情的發(fā)展都不是一蹴而就的，對(duì)于我國(guó)CCU技術(shù)的發(fā)展來(lái)說(shuō)，同樣也需要制定合理的發(fā)展計(jì)劃，分階段實(shí)施。

第一階段的重點(diǎn)一方面是要搭建國(guó)家產(chǎn)學(xué)研科技示范平臺(tái)，組織科技攻關(guān)，對(duì)主要的大規(guī)模二氧化碳礦化技術(shù)路線進(jìn)行規(guī)?；瘜?shí)驗(yàn)，提出有關(guān)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)參數(shù)，并對(duì)工程項(xiàng)目進(jìn)行商業(yè)化可行性論證研究。另一方面，還要對(duì)我國(guó)氯化鎂和石膏等二氧化碳礦化資源的分布、數(shù)量、品質(zhì)等情況進(jìn)行調(diào)查，對(duì)高純度二氧化碳排放源進(jìn)行資源分布和資源量的研究，全面掌握我國(guó)礦化資源與二氧化碳資源的種類、品質(zhì)以及地域分布特點(diǎn)。

第二階段的任務(wù)主要是組建二氧化碳礦化產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟開展技術(shù)集成與示范工程，組織跨產(chǎn)業(yè)部門的技術(shù)集成與工業(yè)化CCU技術(shù)試驗(yàn)與示范工程。我們可以先對(duì)精細(xì)化工、煤化工以及二氧化碳天然氣開發(fā)過(guò)程中產(chǎn)生的較高純度二氧化碳實(shí)施二氧化碳礦化工程，再逐步進(jìn)行二氧化碳礦化工業(yè)示范和商業(yè)模式的探討。

第三階段就可以全面實(shí)施工業(yè)化的二氧化碳礦化CCU路線，捕獲燃煤電廠的二氧化碳，進(jìn)行工業(yè)化的二氧化碳礦化及利用開發(fā)，打造CCU產(chǎn)業(yè)鏈。同時(shí)，根據(jù)我國(guó)二氧化碳排放源和二氧化碳礦化資源總體分布的特征，進(jìn)一步規(guī)劃我國(guó)CCU發(fā)展戰(zhàn)略的整體布局，逐步推廣大規(guī)模二氧化碳礦化的末端減排技術(shù)。

盡管我們提出的CCU技術(shù)（即將二氧化碳作為資源來(lái)利用）是我國(guó)乃至全球二氧化碳減排發(fā)展的方向和重點(diǎn)，但這其中還有很多關(guān)鍵技術(shù)難題等待科學(xué)家們?nèi)テ平?。目前我們課題組正在探索工業(yè)二氧化碳煙氣直接礦化利用的新技術(shù)和新方法，即由CCU直接為CU，不需要經(jīng)過(guò)二氧化碳捕獲、分離、提純的過(guò)程，更好地實(shí)現(xiàn)將二氧化碳作為資源高效轉(zhuǎn)化利用并大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用。