CCS：煤炭依賴的補救之路

自然資源保護委員會

為了避免氣候變化的最壞結果，世界必須努力減排，到2050年至少要在1990年的水平上減排50%，這樣才能讓平均氣溫的上升幅度，限制在比前工業化時期高2攝氏度或以內。近來的若干研究都發現，即使現在我們完全停止排放，也肯定會超過這個限度。

2010年3月15日,皇明太陽能股份有限公司董事長黃鳴對外宣布，位于中國太陽城山東德州的“中國太陽谷”已初具規模。2010年第四屆世界太陽城大會將在中國太陽谷舉行，根據規劃，中國太陽谷將被打造成世界級可再生能源研發檢測中心。 攝影/阿靜/CFP

要實現緊迫的減排目標，只靠提高能效、擴大可再生能源利用，以及加強自然碳吸收等常規手段是不夠的。考慮到目前世界對化石燃料的嚴重依賴，中美等一些國家必須實施更廣泛的碳減緩戰略，其中就包括碳捕獲與封存（CCS）。

CCS技術的三個要素（捕獲、運輸和隔離），在商業上都已成熟，但主要都被用于其他目的，而非CCS本身。由于缺乏明確的國家氣候政策來限制二氧化碳排放，現在已經開始運轉的大型CCS項目寥寥無幾。

CCS技術要運用于意義重大的減排，就亟需大型綜合項目來積累運行經驗，降低成本。從特定工業設施中獲取高純二氧化碳廢物，降低了CCS示范項目的成本，從而使得目標更容易實現。據聯合國政府間氣候變化專門委員會的估計，到2100年CCS在累計碳減排中的貢獻率可以達到15%到55%。

到2020年，中國的水力發電量將是美國的四倍，風力發電是美國的兩倍，太陽能發電量和美國一樣大，但和煤炭消費比起來，這些可再生能源仍然只占很小一部分。

CCS對中國來說尤為重要。盡管中國在水電、風能、太陽能與核能方面已經取得顯著進步，但其70%的能源依然要靠煤炭。到2020年，中國的水力發電量將是美國的四倍，風力發電是美國的兩倍，太陽能發電量和美國一樣大，但和煤炭消費比起來，這些可再生能源仍然只占很小一部分。

國家發改委能源研究所研究員姜克雋和同事稱，中國已經采取一系列節能減排措施，包括切實行動限制能源密集型產業的發展，用稅收政策鼓勵提高能效和節約能源，政府大力支持可再生能源及核能發展，以及提高工業生產中的能效標準。

盡管如此，他們預測到2030年煤炭在中國能源需求中所占的比例仍然過半。不過，在如此宏大的政策之下，中國的煤炭消耗將在2020年達到峰值，然后將逐漸下降，直到2050年。盡管煤炭消耗減少了，但如果沒有CCS，中國化石燃料造成的二氧化碳排放不會減少，只會保持穩定。

中國的地質封存潛力非常大。中美研究者已經確認了超過1600個大型二氧化碳點源，其中有91%距離未來的地質封存地點只有或者不到160公里，一半以上就在候選封存地點上空。

中國現有的185座大型氨、氫和環氧乙烷生產設施，每年產生的高純度二氧化碳至少有1.3億噸，其中的四分之三都位于候選封存地點80公里范圍之內。根據清華大學和普林斯頓大學的一項共同研究顯示，如果中國規劃中的氨、甲醇和液烴生產設施全部投入使用，每年的高純二氧化碳排放量將達到2.08億噸。

研究還稱，由于高純二氧化碳的封存跳過了混合氣體分離的工序，針對這些點源的CCS的成本在每噸10美元到20美元（68元到137元）之間，比通常對發電廠的逾期成本要低。

中國科學院巖土力學研究所的李小春和魏寧與美國西北太平洋國家實驗室合作，撰寫并公布的初步流域評估報告指出，中國深部含鹽水層構造理論上的二氧化碳封存能力可以達到3.066億噸，是2005年中國二氧化碳總排放量的450倍。但是，如果把其他因素考慮進去，實際上的封存能力就要小多了。所謂的其他因素就是內射性（即二氧化碳在不破壞構造情況下注入封存地所需的比例和壓力）、冠巖緊密性、封存構造大小、斷層風險、管理、基礎設施約束和經濟狀況等。

中國的大型二氧化碳點源中有五分之二位于油氣田周邊80公里范圍之內，另外據估計中國16個陸地油田和3個海上油田通過EOR方式增加的產量可以達到70億桶，這是中國目前年石油消費量的2.5倍。

盡管中國的沉積盆地數量眾多，但其地質構造卻是全世界最復雜的，存在無數小型斷層以及劇烈的斷層活動。這些特征導致了封存構造面臨復雜的地質問題，必須因地制宜地進行具體研究，確定各個封存地點的特征，才能保證CCS技術的成功應用。

據估計，中國通過二氧化碳—提高采收率法采油(EOR)和采氣(EGR) 的二氧化碳達到100億噸。況且，對油氣田的評估也是在流域層面上進行的，研究者們利用現成的油氣田所在地信息，只能得到較粗略的封存區域方案。與深部含鹽水層不同，整體上油氣田的地質構造更加精細和具體。

山東德州中國太陽谷基地零排放示范樓 攝影/章軻/CFP

山東德州中國太陽谷基地玻璃測試房 攝影/章軻/CFP

據中國科學院巖土力學研究所和美國西北太平洋國家實驗室的聯合研究表明，中國的大型二氧化碳點源中有五分之二位于油氣田周邊80公里范圍之內，另外據估計中國16個陸地油田和3個海上油田通過EOR方式增加的產量可以達到70億桶，這是中國目前年石油消費量的2.5倍。

二氧化碳源頭和封存地點之間的近距離，再加上EOR生產可能帶來的巨大收益，使得江漢地區成為一個近期CCS項目的熱門候選地。

中國中南部的江漢油田周邊50到150公里范圍之內，有很多制氨工廠，每年生產化肥所排放的二氧化碳超過400萬噸。二氧化碳源頭和封存地點之間的近距離，再加上EOR生產可能帶來的巨大收益，使得江漢地區成為一個近期CCS項目的熱門候選地。

四川江油氣田生產的原天然氣中含有酸性氣體，主要是二氧化碳和硫化氫，必須予以清除。而25公里之外的江油市有好幾個大型低濃度二氧化碳工業點源。因此，這里具備低成本CCS示范項目的良好條件，低濃度工業二氧化碳不經捕獲就可以與酸性氣體混合起來用于EGR生產。

中國最大的電力生產商——華能集團將是中國第一個商業規模的IGCC設施，預計于2012到2013年投入運營。屆時每年可以捕獲2.5到3萬噸二氧化碳，2017年則可以進一步提高。這個裝機容量25萬千瓦的IGCC發電廠正在天津附近的渤海灣中建設。

中國電力投資集團公司提出在北京附近的廊坊建一個IGCC設施，屆時它可以捕獲附近兩個48.8萬千瓦發電廠產生的合成氣（即各種比例的二氧化碳與氫氣的混合氣體）中8%的二氧化碳。1公里之外就有一個油田，通過EOR進行封存成為該項目的最佳選擇?，F在這個項目正在等待政府的最后批準。

另外已經提出并等待政府批準的IGCC項目還有兩個，一個在廣東東莞，另一個在江蘇連云港。東莞的項目將修建4座20萬千瓦的IGCC機組，100公里外就有兩個已經采空的油田；連云港項目最終設計容量為120萬千瓦IGCC和130萬千瓦的超超臨界機組，這里距利蘇北油田也只有200公里。兩個項目都表示出對CCS與EOR相結合的興趣。

在中國，如果使用CCS，必須多燒25%的煤炭才能生產出同樣多的電力。對于第一座CCS電廠來說，這個造價確實太高了，大家都在期待它能最終降下來。

中國進行CCS示范的近期機會有很多，包括各個油氣盆地，它們利用高純二氧化碳或者混合廢氣來進行EOR和EGR生產的前景非常光明?，F在建設中或正在規劃的整體煤氣化聯合循環(IGCC)的項目有很多，這也表明了建立CCS試點項目的意向，比如內蒙的神華煤炭直接液化廠。

中國最大的煤炭生產企業——神華集團有一個中美合作項目，就是從鄂爾多斯盆地的煤炭直接液化工廠中收集高純度二氧化碳。該項目預計2010年或2011年投入運轉，最終的純二氧化碳年處理量可以達到290萬噸，大部分都將封存在附近的含鹽水層中。

要實施碳捕獲與封存（CCS），中國需要，同時也擁有必要的技術力量和充足的存儲空間。盡管如此，廣泛及時的應用仍然面臨巨大的障礙。其中最主要的障礙有兩個：一個是高昂的資金成本，另一個是目前碳捕獲所需的巨大能源。二者相互關聯，減少能源損耗就會讓CCS的總成本下降。

根據卡內基·梅隆大學的學者愛德華·魯賓的研究，目前對一個新建的后燃燃煤電廠來說，能源損耗在成本中的比例高達31%，整體煤氣化聯合循環（IGCC）電廠的比例為16%。在中國，如果使用CCS，必須多燒25%的煤炭，才能生產出同樣多的電力。對于第一座CCS電廠來說，這個造價確實太高了，大家都在期待它能最終降下來。

還有一點很重要，就是目前碳減排所依賴的首選辦法是提高能效、使用可再生能源和其他低成本的方式，CCS僅僅被當做這些方式的補充而已。

技術進步有望大大降低能源消耗，而且現在有很多研發努力正在中國內外進行，目的就是找到更高效廉價的碳捕獲方式?？v觀風能和太陽能等其他新興能源技術的歷史發展趨勢，我們也有理由感到樂觀。太陽能光伏板、風力發電機和天然氣發電機的成本一直在下降，裝機容量則在不斷增加。因此，研發和大規模的示范項目將有助于CCS成本的降低。

中國也開始了自己的CCS研究，其中最為引人注目的是清華大學、浙江大學、中科院的幾個研究所以及中石化和華能集團的研究機構所進行的工作。

在專門領域，國際上領先于中國的地方主要有三個：地下地質工程、長期監控和檢驗，以及遠距離二氧化碳運輸基礎設施。將近40年前，美國在德克薩斯州建立起第一個EOR項目，在這方面擁有無與倫比的經驗，因此美國應該在中國的CCS發展中發揮重要作用。

聯合技術研發方面也可以進行國際合作，比如去年奧巴馬總統訪華期間提出的中美清潔能源聯合研究中心。中國也開始了自己的CCS研究，其中最為引人注目的是清華大學、浙江大學、中科院的幾個研究所以及中石化和華能集團的研究機構所進行的工作。中國企業，如華能集團核新奧集團也開發了煤炭液化技術，并與澳大利亞和美國開展合作。

國際社會還能為中國提供建議，建立一個確保CCS項目安全和效率的管理系統。最初的示范項目在選址、風險評估、環境影響評估和持續運轉方面的表現至關重要，因為初始工作如果標準太低，就會讓整個技術陷入困境，應用推廣也會減速。

由于中國在該領域還沒有一個全面性的管理系統，早期的示范項目尤其需要向工業化國家發展中的經驗和最佳實踐學習。歐盟和美國已經開始努力與中國分享其管理經驗。在這一點上，非政府組織同樣能做出卓越的貢獻，世界資源研究所和清華大學之間的合作就是一個典范。

對任何單獨的開發者來說，頭幾個大型示范項目注定是昂貴和“危險”的，而且中國對于這個技術仍然存在廣泛的疑惑。

但是，僅有知識分享是不夠的。要在中國實現CCS產業的助動啟動，必須增加資金支援。對任何單獨的開發者來說，頭幾個大型示范項目注定是昂貴和“危險”的，而且中國對于這個技術仍然存在廣泛的疑惑。因此，要在中國建立多個最初的示范項目，試驗不同的捕獲技術和地質構造，國際資金援助至關重要。在這個碳緊縮的世界上，所有技術、政治和經濟利益相關方都將從中受益。

對于CCS技術的應用和改進以及由此帶來的成本降低來說，來自中國政府和國際資源的切實融資至關重要。目前需要大力財政支持的主要領域有三個：第一個是建立大型的綜合性項目來測試商業規模的技術、獲取經驗、弄清管理事項，以及培養人力資源。第二個是對海上盆地的碳封存能力進行研究，以滿足缺乏陸上封存能力的東南沿海密集地區的需要。第三個是對中國主要的陸上沖積盆地進行詳細的地下地質評估，對現有的方法論去蕪存菁，作出更加精確的估測。要讓中國的CCS產業發展到也能夠進行技術和專家出口的水平，還需要更深入的政策和經濟驅動，比如直接監管、碳稅收和排放控制補貼等。

要減少碳足跡，中國需要包括CCS在內的廣泛減緩措施。誠然，要在中國發展CCS，眼前就有許多唾手可得的良機。但是這些機會是否能被把握住，就要看各國政府、國際機制以及企業之間合作努力的程度，是否能進行有效而迅速的融資、能力建設以及技術和知識轉移。

這個合作的受益者不僅僅是中國，還有參與的各國，最終將是整個世界。