【摘要】本文介紹了一種可以工業(yè)化并能有效減少CO₂排放的實(shí)用技術(shù)，二氧化碳的俘獲與存儲(chǔ)技術(shù)。從工業(yè)過(guò)程中俘獲CO₂，集中運(yùn)輸后注入地下或水下存儲(chǔ)，每個(gè)環(huán)節(jié)都有主要的研究方向。

【關(guān)鍵詞】二氧化碳 俘獲 存儲(chǔ)

1 引言

隨著全球氣候變化，控制污染和減少溫室氣體的排放越來(lái)越受到各國(guó)政府和科技工作者的重視。二氧化碳的俘獲與存儲(chǔ)（CCS： Carbon Dioxide Capture and Storage）作為一種可以工業(yè)化并能有效減少CO₂排放的實(shí)用技術(shù)，已在歐美等各國(guó)開(kāi)始研究和實(shí)踐工作。

2 二氧化碳的俘獲與存儲(chǔ)

減少化石燃料使用過(guò)程中CO₂的排放是二氧化碳俘獲與存儲(chǔ)的主要目的?，F(xiàn)在有兩種基本的CCS方法。一種是直接從工業(yè)源頭俘獲CO₂，提純后打入地下深層做永久存儲(chǔ)，如圖1所示。除了這種存儲(chǔ)到地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)的方法，還有一種將CO₂存儲(chǔ)在海洋里。在中等深度（1-3km）的海洋CO₂可溶解在水里，在大于3km深的海洋里CO₂的濃度會(huì)大于海水的濃度，因此會(huì)形成CO₂的湖。另外一種CCS方法是從大氣中俘獲CO₂并通過(guò)自然的生物過(guò)程將它隔離到植物、土壤和海底沉積物中。

一旦CO₂被俘獲可通過(guò)豎井打入如：油氣層、鹽水層和開(kāi)采完的煤層等深層地下結(jié)構(gòu)中，如圖2（a）所示。這種地質(zhì)結(jié)構(gòu)一般出現(xiàn)在充滿沉積巖的盆地，累積厚度可達(dá)數(shù)千米，這些沉積巖的孔狀空間里會(huì)充滿鹽水或油氣。沉積盆地的巖層由沙土、淤泥、粘土、碳酸鹽和蒸發(fā)物交替組成，砂土層將提供存儲(chǔ)空間。在CO₂水下存儲(chǔ)技術(shù)中，壓縮的氣體通過(guò)管道或船運(yùn)送并打入深海，如圖2（b）所示。注入的CO₂通過(guò)擴(kuò)散加速在水中的溶解，或打入海洋底部變成“湖”。在水下350m，CO₂會(huì)形成比海水密度大的固態(tài)包合物，但很快會(huì)溶解到周圍的水中。海洋底部的存儲(chǔ)要求至少在大于3km的水下才能保證CO₂的密度大于海水，否則CO₂會(huì)在水中上升并迅速返回到大氣中。

油氣的開(kāi)采技術(shù)很多可以應(yīng)用到CO₂在深層地下巖層的存儲(chǔ)中。例如，鉆井和監(jiān)測(cè)技術(shù)可以用于將CO₂安全的注入存儲(chǔ)地層中。更多的技術(shù)難題在于可靠的評(píng)估巖層的密封和存儲(chǔ)能力。例如在CO₂注入地下后，如何預(yù)測(cè)其移動(dòng)，這需要通過(guò)監(jiān)測(cè)地表和地下的CO₂濃度變化，建立相應(yīng)的模型得到。這涉及到這種地質(zhì)結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)技術(shù)將帶來(lái)的健康、安全和環(huán)境的威脅。目前，已有很多工業(yè)化的CCS項(xiàng)目正在全世界運(yùn)行。如最早開(kāi)始此類項(xiàng)目的挪威，該項(xiàng)目始于天然氣開(kāi)采，有該地區(qū)的天然氣中含CO₂，如將CO₂提取后直接排放到空氣中將被挪威政府收取50美元/噸的費(fèi)用。于是他們想辦法將提取的CO₂存儲(chǔ)在海洋下面的沙石結(jié)構(gòu)中，目前每年的量達(dá)到1百萬(wàn)噸。

3 研究方向

全球CCS的研究和開(kāi)發(fā)工作已全面鋪開(kāi)，特別是歐洲、美國(guó)、加拿大、澳大利亞、日本和挪威，主要的研究方向如圖3所示。歐盟第5、第6框架計(jì)劃以后8千多萬(wàn)美元資助CCS研究，這還不包括工業(yè)界和研究機(jī)構(gòu)的配套資金。在2005年，美國(guó)能源部“碳緩解計(jì)劃”的年度預(yù)算達(dá)到4.6千萬(wàn)美元。國(guó)際能源署1991年建立溫室氣體計(jì)劃，為CCS研究和創(chuàng)意提供了早期的市場(chǎng)。近期發(fā)布的二氧化碳俘獲和存儲(chǔ)特別報(bào)告（IPCC）集合了近15年國(guó)際上關(guān)于CCS的各種研究成果。另外，還有許多試點(diǎn)在挪威、日本等國(guó)，在加拿大的薩斯喀徹溫省，分界線大壩電站擁有每天4-8噸CO₂的處理能力。迄今為止設(shè)計(jì)能力最大的CO₂試點(diǎn)廠每天可處理24噸，已經(jīng)于2006年在丹麥的埃斯比約開(kāi)始運(yùn)行。所有在研的CCS項(xiàng)目預(yù)期目標(biāo)就是能將新技術(shù)用于試點(diǎn)和半商業(yè)規(guī)模中。

圖4顯示了3個(gè)主要的CO₂俘獲和存儲(chǔ)的途徑。CO₂從其它的成分中分離出來(lái)，優(yōu)化壓縮到稠密相便于運(yùn)輸和存儲(chǔ)地的注入，并且得滿足注入點(diǎn)的純度要求。所有的俘獲和存儲(chǔ)方法都需要能源，這也就意味著處理CO₂俘獲將產(chǎn)生更多的CO₂kWh或者CO₂單位能源產(chǎn)品。

4 小結(jié)

由于該技術(shù)的巨大社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益，已有美國(guó)、加拿大、德國(guó)和英國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家，投入到該項(xiàng)技術(shù)的研發(fā)和實(shí)踐中。我國(guó)作為僅次于美國(guó)的CO₂排放大國(guó)，也開(kāi)始致力于開(kāi)展這方面的研究工作。世界CO₂排放量的60%來(lái)自某些固定的源頭，如：發(fā)電廠、石化廠、水泥/鋼鐵/提煉廠等，而深層地質(zhì)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)容量最小有2000Gt，應(yīng)用CCS技術(shù)將對(duì)減少CO₂的排放產(chǎn)生巨大的作用。技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的評(píng)估顯示，未來(lái)的100年中，CCS將占CO₂減排的20%。

作者簡(jiǎn)介

徐冬新、性別：男、年齡：39、出生年月：1974年10月5日、籍貫：遼寧省綏中縣、現(xiàn)在職稱：工程師、研究方向：安全技術(shù)與管理。

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