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气候变暖让关于“碳”的话题成为热门,于是有人发明了新技术,有人想把它卖出去。封存“碳”的技术成为扰动世界技术市场的一条不安分的鲶鱼。
“嘶”。拧开可乐瓶盖,一股气体蹿进鼻子。这些用来给碳酸饮料添增口感的CO2,曾是北京高碑店电厂几个高大烟囱所排出混沌废气的一部分,2008年7月,华能公司在电厂附近竖起两座高塔,它们的作用分别是对工业气体中二氧化碳的“吸收”和“再生”。“汽水中含的CO2纯度是非常高的,达到了99.99%,可以放心喝。”华能集团绿色煤电有限公司的刘宇博士说。
这是我国首个应用“CO2捕集和封存”(简称CCS)技术的示范项目。
用技术手段对付CO2的想法,恐怕出自人类的焦虑和恐惧:IPCC报告说,人类活动导致温室气体浓度升高引起气候变暖,而CO2是主要贡献者,温室效应占所有温室气体的77%!
如此对付CO2
CCS技术的源头,可能在1975年的美国。当时,得克萨斯州油田正尝试将二氧化碳注入地下,看能否提高石油采集率。但这种做法完全不是出于封存的考虑,因为气候变化那时还不成其为问题。
上世纪90年代,CCS更多作为一个概念被真正提了出来。“所谓CCS,实际上是一系列技术的集合。大概指的是,将含碳燃料利用过程中产生的CO2与其他气体分离并捕集,安全长久地封存在地质层中,避免排放入大气造成温室效应。”煤清洁燃烧国家工程研究中心副主任,清华大学教授蔡宁生说。他自己接触到CCS的时间,大概在2000年左右。
实际上通常所说的CCS技术,分为捕集、运输、利用和封存三个主要环节。其中“CO2捕集”又包括三大关键技术流—燃烧后捕集、燃烧前捕集和富氧燃烧。“燃烧后捕集,就是在常规的燃煤电厂后面带上CO2分离的装置,从锅炉排出的烟气中把它分离出来。燃烧前捕集要先将煤气化,然后煤气通过水气变换反应,把CO2分离后,剩下的氢气再去燃烧,做功发电。富氧燃烧(见本期辞典),指用相对纯净的氧气作燃烧剂与煤炭反应,这样燃烧后主要的成份就是CO2,处理起来容易一些。”蔡宁生介绍。
现在看来,燃烧后捕集和燃烧前捕集的项目在世界各地都有示范。前者最适于改造,大部分火电站的工作原理与其相似,只需加上一个设备。而后者所用到的水汽变化,在化工领域早有实践,比如制甲醇和合成氨等等。只有富氧燃烧技术还处于实验示范阶段。“去年8月份,在德国黑泵(Schwarze Pumpe)电厂,Vatteufall公司和阿尔斯通公司合作,建成一座30兆瓦热输入采用富氧燃烧的热电联供中试厂,算是全世界富氧燃烧第一个小规模的示范。”蔡宁生说。
“但在CCS商业化应用之前,谈三种技术孰优孰劣还太早,或许再过个3、5年吧。”阿尔斯通公司执行副总裁Philippe Joubert对《新知客》记者说。这家公司自称“CCS技术的引领者”,在全球实施了多个CCS实验示范项目。对于PhilippeJoubert的判断,蔡宁生表示赞同,他说,前景如何要看每一种捕集方式的技术革新速度,还有“哪个最便宜”。
与捕集相比较,运输二氧化碳的环节倒不神秘。罐车、船舶和管道的尝试一部分已经应用于生活,一部分则是“未来进行时”。
“不到万不得已,还是不要将CO2白白封存为好,”蔡宁生说他的观点是不要封存,尽量利用,因为“封存起来的其实是资源和金钱”。他以EOR技术向记者说明。EOR是“Enhance OilRecovery”(强化石油开采)的缩写,比如,一些低渗油藏不易出油,利用地下的压力不能够把油挤出来,如果二次采油用人工注水或者水蒸气的方式仍不可行,就采用CO2驱油。“利用CO2驱油的技术较成熟,壳牌、BP等公司很早就在做。”
目前,还没有一座设备齐全、功能完善的CC S工厂建成投入使用。专家们比较乐观的期望是,2015年左右,在世界范围内更大规模的示范,2020年,出现商业应用苗头,2025年,开始商业化。
争抢和推搡
1997年,当《京都议定书》正式通过时,还没有一项条款针对CCS技术。
如今,CCS火得不可思议。这同近年来减排CO2的呼声有关。“哪些途径能减排CO2呢?第一,推行节能。第二,调整能源结构,利用新能源。第三,就是提早进行技术储备,比如发展CCS技术。”刘宇博士说。
有点像头痛医头,脚痛医脚。如果说,全世界的煤炭储量至少还可以支持100年,短时期内淘汰煤电厂并不现实。那对于中国、美国这样的煤炭大国来说,CCS无疑是个好东西。
但这只山芋也的确烫手。使用CCS技术减少温室气体排放的成本,“现在国际上公认的一般价格是每吨50~60美元”,蔡宁生说,“一笔昂贵的代价。”
一个例子是堪称CCS样板的挪威Sleipner项目。从1996年,挪威政府在北海建起一座足球场大小的CCS工厂,至今已经成功捕获并封存了1000万吨CO2,这比挪威在两年之内汽车排放的COO2量要多得多。经济投入可想而知。
但“富国俱乐部”G8似乎仍对此跃跃欲试。他们制定出了2010年框架,决定到2010年兴建20个CCS项目。于是,为着宏伟的目标,各国的计划纷纷出炉。
首先是美国。2003年,美国能源部雄心勃勃地推出了“未来电力”(FutureGen)项目。该项目决定建造1座275兆瓦的示范发电厂,厂址已选定为伊利诺斯州。但在2007年下半年,能源部突然发现,成本预算由8亿美元飙升至18亿美元。随即宣布舍弃。
紧跟着美国的FutureGen、欧盟的Hygro Gen在2004年登场。在英国发生了小插曲。政府曾表示,将授予本国CCS的竞赛冠军1亿英镑作为奖励。竞争在三家当中展开:Longa nnet,RW Enpower和E.ON。但RW Enpower和E.ON都由于各自的原因推迟了项目,看来不需要角逐了。之后的2006年,ZeroGen被澳大利亚政府启动。
2009年2月,能源部接到了总统奥巴马下拨的几笔经费。这位新任总统对CCS持积极态度,他保证,美国要建设5个CCS大型示范项目,其中之一—“登山家”(The mountaineer project)会在明年开建。这座位于西弗吉尼亚的电厂,将利用阿尔斯通研发的冷氨捕捉每年1万吨CO2技术,封存于地下2英里深的盐水层。
喧嚣之中,其实是犹豫。“CCS目前还是一项不成熟且耗资较大的技术,所以各个国家真正实施的CCS项目并不多。美国嚷嚷着要拉上其他国家特别是中国来合作,欧盟和澳大利亚还主要在做规划,倒是我们比较实在,起步晚,但已经行动起来了。”蔡宁生感慨。
GreenGen在中国
“中国将成为CCS技术的重要市场。”Philippe Joubert如是说。端倪已经显露。2008年7月,作为中澳洁净煤工作组项目之一,华能集团的北京高碑店电厂在北京奥运会之前建成投产,由西安热工院为其提供CO2吸收技术。“高碑店电厂每年的CO2捕获量只有3000吨,可以说是个实验项目,”蔡宁生说,“但今年7月份在上海开工的石洞山项目则不同,每年计划捕集10万吨,是高碑店项目的30多倍。”
华能的刘宇说,这个新项目有可能会在上海周边或者江苏其他地方找中一些合适的地方,尝试埋存实验。蔡宁生估计他们会同石油公司合作,做一些EOR技术方面的尝试,“企业的目标是有利可图。”中国的两个大型CCS项目—中欧碳捕获与储藏合作(COACH)和中英煤炭利用近零排放(NZEC),华能都在参与。
“中国为什么一定要做CCS呢?”国家发展改革委员会能源研究所主任研究员姜克隽向记者解释道,“第一,煤炭是中国主要能源。目前基本做不到只靠可再生能源和比较清洁的能源。根据我们的计算,到2050年,中国最少每年用掉20亿吨煤炭。另外一个原因,就是希望中国能在CCS成为世界主导国家。”
他说,近来IPCC的科学家比以往有了更加激进的倾向。“我们希望在2075年左右全世界进入零排放,以后是负排放。怎么做到?CCS是可以实现负排放的技术手段。如此一来,它的寿命便会延长。”这也许会让一些因为关注核能而不看好煤炭的企业转向,投入更多研发。
蔡宁生也联想起工业上脱硫装置成本由高到低的过程。“现今CCS技术的应用代价的确高昂。但每种新技术都要经历一个‘学习期’,开始的时候,脱硫成本可以达到总投资成本的10%,而现在每千瓦装机容量的脱硫装置投资最低可以几十块钱人民币就能解决。”他说,CCS为什么不能如此呢?
资金只是忧虑的一个侧面,对于CCS,公众还有安全上的担心—被封存于地下的CO2是否真的老实。
在回答填埋泄露的问题时,Philippe Joubert有点狡猾,他说:“这不是一个技术问题,而是一个公共安全问题(Public Accident problem),已经在运行的那些项目不是证明了技术手段可以完美解决这一切吗?”
“嘶”。拧开可乐瓶盖,一股气体蹿进鼻子。这些用来给碳酸饮料添增口感的CO2,曾是北京高碑店电厂几个高大烟囱所排出混沌废气的一部分,2008年7月,华能公司在电厂附近竖起两座高塔,它们的作用分别是对工业气体中二氧化碳的“吸收”和“再生”。“汽水中含的CO2纯度是非常高的,达到了99.99%,可以放心喝。”华能集团绿色煤电有限公司的刘宇博士说。
这是我国首个应用“CO2捕集和封存”(简称CCS)技术的示范项目。
用技术手段对付CO2的想法,恐怕出自人类的焦虑和恐惧:IPCC报告说,人类活动导致温室气体浓度升高引起气候变暖,而CO2是主要贡献者,温室效应占所有温室气体的77%!
如此对付CO2
CCS技术的源头,可能在1975年的美国。当时,得克萨斯州油田正尝试将二氧化碳注入地下,看能否提高石油采集率。但这种做法完全不是出于封存的考虑,因为气候变化那时还不成其为问题。
上世纪90年代,CCS更多作为一个概念被真正提了出来。“所谓CCS,实际上是一系列技术的集合。大概指的是,将含碳燃料利用过程中产生的CO2与其他气体分离并捕集,安全长久地封存在地质层中,避免排放入大气造成温室效应。”煤清洁燃烧国家工程研究中心副主任,清华大学教授蔡宁生说。他自己接触到CCS的时间,大概在2000年左右。
实际上通常所说的CCS技术,分为捕集、运输、利用和封存三个主要环节。其中“CO2捕集”又包括三大关键技术流—燃烧后捕集、燃烧前捕集和富氧燃烧。“燃烧后捕集,就是在常规的燃煤电厂后面带上CO2分离的装置,从锅炉排出的烟气中把它分离出来。燃烧前捕集要先将煤气化,然后煤气通过水气变换反应,把CO2分离后,剩下的氢气再去燃烧,做功发电。富氧燃烧(见本期辞典),指用相对纯净的氧气作燃烧剂与煤炭反应,这样燃烧后主要的成份就是CO2,处理起来容易一些。”蔡宁生介绍。
现在看来,燃烧后捕集和燃烧前捕集的项目在世界各地都有示范。前者最适于改造,大部分火电站的工作原理与其相似,只需加上一个设备。而后者所用到的水汽变化,在化工领域早有实践,比如制甲醇和合成氨等等。只有富氧燃烧技术还处于实验示范阶段。“去年8月份,在德国黑泵(Schwarze Pumpe)电厂,Vatteufall公司和阿尔斯通公司合作,建成一座30兆瓦热输入采用富氧燃烧的热电联供中试厂,算是全世界富氧燃烧第一个小规模的示范。”蔡宁生说。
“但在CCS商业化应用之前,谈三种技术孰优孰劣还太早,或许再过个3、5年吧。”阿尔斯通公司执行副总裁Philippe Joubert对《新知客》记者说。这家公司自称“CCS技术的引领者”,在全球实施了多个CCS实验示范项目。对于PhilippeJoubert的判断,蔡宁生表示赞同,他说,前景如何要看每一种捕集方式的技术革新速度,还有“哪个最便宜”。
与捕集相比较,运输二氧化碳的环节倒不神秘。罐车、船舶和管道的尝试一部分已经应用于生活,一部分则是“未来进行时”。
“不到万不得已,还是不要将CO2白白封存为好,”蔡宁生说他的观点是不要封存,尽量利用,因为“封存起来的其实是资源和金钱”。他以EOR技术向记者说明。EOR是“Enhance OilRecovery”(强化石油开采)的缩写,比如,一些低渗油藏不易出油,利用地下的压力不能够把油挤出来,如果二次采油用人工注水或者水蒸气的方式仍不可行,就采用CO2驱油。“利用CO2驱油的技术较成熟,壳牌、BP等公司很早就在做。”
目前,还没有一座设备齐全、功能完善的CC S工厂建成投入使用。专家们比较乐观的期望是,2015年左右,在世界范围内更大规模的示范,2020年,出现商业应用苗头,2025年,开始商业化。
争抢和推搡
1997年,当《京都议定书》正式通过时,还没有一项条款针对CCS技术。
如今,CCS火得不可思议。这同近年来减排CO2的呼声有关。“哪些途径能减排CO2呢?第一,推行节能。第二,调整能源结构,利用新能源。第三,就是提早进行技术储备,比如发展CCS技术。”刘宇博士说。
有点像头痛医头,脚痛医脚。如果说,全世界的煤炭储量至少还可以支持100年,短时期内淘汰煤电厂并不现实。那对于中国、美国这样的煤炭大国来说,CCS无疑是个好东西。
但这只山芋也的确烫手。使用CCS技术减少温室气体排放的成本,“现在国际上公认的一般价格是每吨50~60美元”,蔡宁生说,“一笔昂贵的代价。”
一个例子是堪称CCS样板的挪威Sleipner项目。从1996年,挪威政府在北海建起一座足球场大小的CCS工厂,至今已经成功捕获并封存了1000万吨CO2,这比挪威在两年之内汽车排放的COO2量要多得多。经济投入可想而知。
但“富国俱乐部”G8似乎仍对此跃跃欲试。他们制定出了2010年框架,决定到2010年兴建20个CCS项目。于是,为着宏伟的目标,各国的计划纷纷出炉。
首先是美国。2003年,美国能源部雄心勃勃地推出了“未来电力”(FutureGen)项目。该项目决定建造1座275兆瓦的示范发电厂,厂址已选定为伊利诺斯州。但在2007年下半年,能源部突然发现,成本预算由8亿美元飙升至18亿美元。随即宣布舍弃。
紧跟着美国的FutureGen、欧盟的Hygro Gen在2004年登场。在英国发生了小插曲。政府曾表示,将授予本国CCS的竞赛冠军1亿英镑作为奖励。竞争在三家当中展开:Longa nnet,RW Enpower和E.ON。但RW Enpower和E.ON都由于各自的原因推迟了项目,看来不需要角逐了。之后的2006年,ZeroGen被澳大利亚政府启动。
2009年2月,能源部接到了总统奥巴马下拨的几笔经费。这位新任总统对CCS持积极态度,他保证,美国要建设5个CCS大型示范项目,其中之一—“登山家”(The mountaineer project)会在明年开建。这座位于西弗吉尼亚的电厂,将利用阿尔斯通研发的冷氨捕捉每年1万吨CO2技术,封存于地下2英里深的盐水层。
喧嚣之中,其实是犹豫。“CCS目前还是一项不成熟且耗资较大的技术,所以各个国家真正实施的CCS项目并不多。美国嚷嚷着要拉上其他国家特别是中国来合作,欧盟和澳大利亚还主要在做规划,倒是我们比较实在,起步晚,但已经行动起来了。”蔡宁生感慨。
GreenGen在中国
“中国将成为CCS技术的重要市场。”Philippe Joubert如是说。端倪已经显露。2008年7月,作为中澳洁净煤工作组项目之一,华能集团的北京高碑店电厂在北京奥运会之前建成投产,由西安热工院为其提供CO2吸收技术。“高碑店电厂每年的CO2捕获量只有3000吨,可以说是个实验项目,”蔡宁生说,“但今年7月份在上海开工的石洞山项目则不同,每年计划捕集10万吨,是高碑店项目的30多倍。”
华能的刘宇说,这个新项目有可能会在上海周边或者江苏其他地方找中一些合适的地方,尝试埋存实验。蔡宁生估计他们会同石油公司合作,做一些EOR技术方面的尝试,“企业的目标是有利可图。”中国的两个大型CCS项目—中欧碳捕获与储藏合作(COACH)和中英煤炭利用近零排放(NZEC),华能都在参与。
“中国为什么一定要做CCS呢?”国家发展改革委员会能源研究所主任研究员姜克隽向记者解释道,“第一,煤炭是中国主要能源。目前基本做不到只靠可再生能源和比较清洁的能源。根据我们的计算,到2050年,中国最少每年用掉20亿吨煤炭。另外一个原因,就是希望中国能在CCS成为世界主导国家。”
他说,近来IPCC的科学家比以往有了更加激进的倾向。“我们希望在2075年左右全世界进入零排放,以后是负排放。怎么做到?CCS是可以实现负排放的技术手段。如此一来,它的寿命便会延长。”这也许会让一些因为关注核能而不看好煤炭的企业转向,投入更多研发。
蔡宁生也联想起工业上脱硫装置成本由高到低的过程。“现今CCS技术的应用代价的确高昂。但每种新技术都要经历一个‘学习期’,开始的时候,脱硫成本可以达到总投资成本的10%,而现在每千瓦装机容量的脱硫装置投资最低可以几十块钱人民币就能解决。”他说,CCS为什么不能如此呢?
资金只是忧虑的一个侧面,对于CCS,公众还有安全上的担心—被封存于地下的CO2是否真的老实。
在回答填埋泄露的问题时,Philippe Joubert有点狡猾,他说:“这不是一个技术问题,而是一个公共安全问题(Public Accident problem),已经在运行的那些项目不是证明了技术手段可以完美解决这一切吗?”