中國(guó)密集試水“ 碳捕獲”

閆 巖

2011年3月10日，上，大型油田和煤層開發(fā)重大專項(xiàng)技術(shù)亮相北京“十一五”國(guó)家重大科技成就展。 攝影/阿青/CFP

短短半年時(shí)間，相繼有三個(gè)CCS（碳捕獲與封存）示范項(xiàng)目在中國(guó)投產(chǎn)或開建，中國(guó)能源企業(yè)在CCS項(xiàng)目上的試水熱情達(dá)到前所未有的高度。

2010年6月，神華集團(tuán)CCS工業(yè)化示范項(xiàng)目在鄂爾多斯高原開工。此前，中國(guó)已有三個(gè)CCS示范項(xiàng)目投產(chǎn)，分別為：2008年投產(chǎn)的位于北京東郊的高碑店熱電廠項(xiàng)目，2009年歲末投產(chǎn)的上海石洞口第二熱電廠項(xiàng)目和2010年1月20日投產(chǎn)的重慶合川雙槐電廠項(xiàng)目。其中前兩個(gè)項(xiàng)目均隸屬于華能集團(tuán)，第三個(gè)項(xiàng)目則是中國(guó)電力投資集團(tuán)所運(yùn)營(yíng)。

尚需打通技術(shù)鏈

所謂CCS技術(shù)，就是將能源生產(chǎn)和利用過程中產(chǎn)生的二氧化碳捕集后進(jìn)行封存，避免其排放入大氣，引起或加劇氣候變化。

在全球應(yīng)對(duì)氣候變化的的前提下，CCS技術(shù)似乎成為一個(gè)必須被考慮的節(jié)能減排途徑。科學(xué)界最為樂觀的估計(jì)是，地下可埋存10萬(wàn)億噸二氧化碳，保守估計(jì)亦達(dá)2000億噸，這相當(dāng)于未來(lái)數(shù)百年通過燃煤產(chǎn)生的二氧化碳排放的總量，或截至目前人類的二氧化碳總排量。

這讓很多科學(xué)家對(duì)CCS技術(shù)的運(yùn)用前景持樂觀態(tài)度，“CCS技術(shù)可以快速、大規(guī)模地降低大氣的二氧化碳濃度，在繼續(xù)使用煤作為主要能源的條件下，實(shí)現(xiàn)二氧化碳減排目標(biāo)。”中國(guó)科學(xué)院南海海洋研究所研究員周蒂這樣評(píng)價(jià)。

CCS技術(shù)可以分為二氧化碳的捕集、運(yùn)輸以及封存三個(gè)步驟。讓神華集團(tuán)自豪的是，與其他三個(gè)CCS示范項(xiàng)目?jī)H進(jìn)行碳捕獲相比，其新開工的CCS工業(yè)化示范項(xiàng)目還將會(huì)把捕集到的二氧化碳封存在咸水層中。這將是中國(guó)第一個(gè)全流程的CCS示范項(xiàng)目。

雖然二氧化碳的捕捉和運(yùn)輸技術(shù)都比較成熟，地質(zhì)埋存也有先例，但到目前為止，碳封存仍舊是CCS技術(shù)中最復(fù)雜的環(huán)節(jié)。目前常見的三種封存方式，是碳封存于地下底層的自然孔隙中、地質(zhì)深層鹽水層及深海封存。

二氧化碳的海洋封存分為海底以下封存和海水層封存。將二氧化碳封存在海底以下，從技術(shù)上來(lái)講是完全可行的。但在海水層中封存碳還有很大的不確定性。“因?yàn)樘既苡谒螅|(zhì)量變大會(huì)下沉到海底。這是否影響海底生態(tài)有待考證。”周蒂說(shuō)。

除海洋封存外的另外兩種封存方式，也同樣存在著不確定性。

科技部21世紀(jì)議程管理中心副主任彭斯震不久前在《CCS在中國(guó)：現(xiàn)狀、挑戰(zhàn)和機(jī)遇》報(bào)告發(fā)布會(huì)上表示，從全球范圍來(lái)看，CCS技術(shù)仍處于研發(fā)和示范階段，該技術(shù)的發(fā)展和大規(guī)模應(yīng)用還存在一些突出的問題。

但是，作為華能高碑店熱電廠和石洞口熱電廠兩個(gè)CCS示范項(xiàng)目的總工程師，許世森對(duì)CCS技術(shù)充滿信心，“中國(guó)在CCS技術(shù)上沒有太多的瓶頸。”

“目前的難點(diǎn)是對(duì)地質(zhì)的勘探是否準(zhǔn)確，對(duì)一個(gè)地點(diǎn)的地質(zhì)構(gòu)造是否有把握；埋存下去后要進(jìn)行監(jiān)測(cè)，到底能保存多久，可能會(huì)從什么地方泄漏？所有這些都需要進(jìn)行示范。”許世森說(shuō)。

2011年3月10日，北京“十一五”國(guó)家重大科技成就展上，大型油田和煤層開發(fā)的二氧化碳捕集、驅(qū)油和埋存技術(shù)展臺(tái)。 攝影/阿青/CFP

大規(guī)模應(yīng)用前路坎坷

雖然一些大型國(guó)有能源企業(yè)在CCS示范項(xiàng)目上做著積極的嘗試，但CCS項(xiàng)目還未獲得中國(guó)政府的大力支持。

由于CCS技術(shù)是由各國(guó)達(dá)成的二氧化碳減排協(xié)議所強(qiáng)制創(chuàng)造出來(lái)的，它缺乏一個(gè)自然需求的市場(chǎng)，因此政府是推動(dòng)CCS技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵力量。

“之所以我們的兩個(gè)項(xiàng)目?jī)H作捕集，是由于封存成本太高。目前中國(guó)掌握第一步——捕獲，首先需要二氧化碳得到利用。只有得到利用，捕獲才能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)行，通過穩(wěn)定運(yùn)行才能考驗(yàn)工藝是否合理。”許世森說(shuō)。

“CCS技術(shù)建立在高能耗和高成本的基礎(chǔ)上，該技術(shù)在中國(guó)的大范圍推廣與應(yīng)用是不可取的，中國(guó)當(dāng)前應(yīng)當(dāng)更加重視拓展二氧化碳資源性利用技術(shù)的研發(fā)。”彭斯震說(shuō)。

能源損耗是CCS技術(shù)存在的一個(gè)局限因素。二氧化碳的收集和壓縮有可能會(huì)使燃煤電廠的燃料需求增加25%。

科技部21世紀(jì)議程管理中心副主任彭斯震22日在《CCS在中國(guó)：現(xiàn)狀、挑戰(zhàn)和機(jī)遇》報(bào)告發(fā)布會(huì)上表示，目前中國(guó)的首要任務(wù)是保障發(fā)展，CCS(碳捕獲和封存)技術(shù)建立在高能耗和高成本的基礎(chǔ)上，該技術(shù)在中國(guó)的大范圍推廣與應(yīng)用是不可取的，中國(guó)當(dāng)前應(yīng)當(dāng)更加重視拓展二氧化碳資源性利用技術(shù)的研發(fā)。

首先，CCS技術(shù)在減排之外的可持續(xù)效益不明顯，也就是說(shuō)，將二氧化碳封存后，無(wú)法產(chǎn)生持續(xù)性的收益。其次，該技術(shù)成本較高，將提高電價(jià)，同時(shí)還將增加大量的額外能源消耗，高達(dá)20%以上。“這是一個(gè)兩難的問題。”彭斯震表示。此外，CCS技術(shù)應(yīng)用的安全性也還沒有經(jīng)過檢驗(yàn)。

他認(rèn)為，CCS技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用的程度最終取決于技術(shù)自身的競(jìng)爭(zhēng)力,即需要通過大量開展研發(fā)與示范，促進(jìn)能耗降低，拓展二氧化碳應(yīng)用途徑。“如果沒有技術(shù)上的突破，二氧化碳捕集能耗和成本并不能隨著大規(guī)模示范項(xiàng)目的開展而顯著下降。必須不斷加快技術(shù)的研發(fā)和創(chuàng)新。”

他表示，目前中國(guó)的首要任務(wù)是保障發(fā)展，如果單純?yōu)榱丝刂贫趸嫉呐欧牛~外增加20%以上的能源消耗和較高的投資和運(yùn)營(yíng)成本為代價(jià)，則該技術(shù)在中國(guó)的大范圍推廣與應(yīng)用是不可取的。

而加強(qiáng)國(guó)家層面對(duì)不同低碳技術(shù)間的部署與協(xié)調(diào)也至關(guān)重要。彭斯震表示，在低碳技術(shù)的推廣應(yīng)用方面，現(xiàn)階段仍應(yīng)以提高能源效率、可再生能源、新能源技術(shù)等更加成熟，環(huán)境與經(jīng)濟(jì)效益更加顯著的領(lǐng)域優(yōu)先，而不應(yīng)盲目跟風(fēng)新概念，而大范圍倉(cāng)促上馬大規(guī)模的CCS項(xiàng)目。

在彭斯震看來(lái)，與重視和關(guān)注CCS相比，目前我國(guó)更應(yīng)該重點(diǎn)開發(fā)CCUS(碳捕獲、利用和封存)技術(shù)，即重視拓展二氧化碳資源性利用途徑。“在中國(guó)發(fā)展CCUS要結(jié)合國(guó)情，并處理好與其他減排技術(shù)的關(guān)系。”

碳捕獲與封存技術(shù)（CCS）投資缺口巨大。從2010年至2020年，CCS項(xiàng)目投資需1300億美元，而目前各國(guó)承諾投資總額約為400億美元（僅占31%），存在約900億美元缺口。

上述表述來(lái)自于國(guó)際環(huán)保NGO氣候組織（Climate Group）7月22日發(fā)布的最新報(bào)告，即《CCS在中國(guó)：現(xiàn)狀、挑戰(zhàn)和機(jī)遇》。該報(bào)告稱，在世界范圍內(nèi)發(fā)展CCS都存在著巨大的資金缺口，且缺乏明確的投融資機(jī)制，尚需加強(qiáng)公共資金投入、吸引私人資金進(jìn)入。

2010年6月，鄂爾多斯，國(guó)內(nèi)第一個(gè)二氧化碳捕集與封存（CCS）工業(yè)化示范項(xiàng)目奠基現(xiàn)場(chǎng)。 攝影/鄒庭龍/CFP

戰(zhàn)略性技術(shù)儲(chǔ)備

在新建的電廠項(xiàng)目中，做好CCS部署的預(yù)留工作。該研究還將包括對(duì)火電廠(燃?xì)饣蛉济?潛在的二氧化碳封存地點(diǎn)，以及未來(lái)對(duì)二氧化碳運(yùn)輸與封存所需的投資進(jìn)行評(píng)估。該服務(wù)旨在促使電廠今后向碳捕捉與封存的轉(zhuǎn)變，確保獲得環(huán)境許可，同時(shí)對(duì)裝備碳捕捉與封存的時(shí)間及相關(guān)成本進(jìn)行優(yōu)化。

目前中國(guó)碳捕集與封存無(wú)論在技術(shù)研發(fā)或項(xiàng)目示范上，均已有一定成果。一旦未來(lái)國(guó)際氣候政策明朗化，碳捕集與封存技術(shù)開始大規(guī)模應(yīng)用，借助在碳捕集與封存技術(shù)領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)，以及過去30年中積累起來(lái)的裝備制造能力，中國(guó)具有在未來(lái)世界碳捕集與封存市場(chǎng)中占領(lǐng)一席之地的巨大潛力。

2010年3月18日，一項(xiàng)名為《廣東省二氧化碳捕集與封存可行性研究》項(xiàng)目在廣東宣布正式啟動(dòng)。由英國(guó)外交部戰(zhàn)略項(xiàng)目基金和澳大利亞全球碳捕集與封存研究院共同出資。中科院海洋研究所、中科院廣州能源研究所，中科院武漢巖土力學(xué)研究所，領(lǐng)先財(cái)納投資顧問有限公司、英國(guó)愛丁堡大學(xué)及劍橋大學(xué)共同開展。

據(jù)介紹，該項(xiàng)目將會(huì)對(duì)廣東省碳捕集與封存技術(shù)的可行性進(jìn)行研究，并在廣東省的兩個(gè)電廠設(shè)立示范項(xiàng)目。“我們的團(tuán)隊(duì)里有世界上最有經(jīng)驗(yàn)的專家，將會(huì)對(duì)選定的新建電廠做CCS技術(shù)的‘捕集預(yù)留’建議。考慮進(jìn)行捕集預(yù)留的電廠需要什么樣的設(shè)計(jì)，成本會(huì)增加多少，并與未作捕集預(yù)留的而在后期進(jìn)行強(qiáng)制添加碳捕集裝置所需成本進(jìn)行對(duì)比。”周蒂這樣介紹道。

上：2010年6月1日，鄂爾多斯，由十建公司承建的國(guó)內(nèi)第一個(gè)二氧化碳捕集與封存（CCS）工業(yè)化示范項(xiàng)目，在神華集團(tuán)煤直接液化現(xiàn)場(chǎng)開工。 攝影/鄒庭龍/CFP

下：2010年6月，國(guó)內(nèi)第一個(gè)二氧化碳捕集與封存（CCS）工業(yè)化示范項(xiàng)目開工現(xiàn)場(chǎng)。攝影/鄒庭龍/CFP

“捕集預(yù)留”戰(zhàn)略是指在設(shè)計(jì)新電廠時(shí)就預(yù)留將來(lái)安裝捕集設(shè)備的空間并選擇相應(yīng)的設(shè)計(jì)方案。“據(jù)估計(jì)因此而增加的成本僅0.5%,但卻為將來(lái)帶來(lái)極大的效益……可以預(yù)期,國(guó)內(nèi)任何一個(gè)二氧化碳排放量高的大型企業(yè),只要其壽命在50年以上,就必定在其生存期間承擔(dān)二氧化碳減排任務(wù)。二氧化碳捕集預(yù)留將可以減少企業(yè)因改造而引發(fā)的成本和時(shí)間。”周蒂曾這樣表述。

此時(shí)，兩個(gè)示范項(xiàng)目將落戶的電廠并未確認(rèn)，“這要看企業(yè)的態(tài)度，以及新建的火電廠是否有這方面的考慮和計(jì)劃而定。”周蒂說(shuō)。

早在2007年5月，廣東省便公布了《廣東省節(jié)能中長(zhǎng)期專項(xiàng)規(guī)劃》，規(guī)劃指出廣東省是國(guó)內(nèi)常規(guī)能源資源最短缺的省份，并提出每萬(wàn)元GDP能耗由2005年的0.79噸標(biāo)準(zhǔn)煤下降到2020年0.57噸標(biāo)準(zhǔn)煤的目標(biāo)。其中電力工業(yè)則是節(jié)能的重點(diǎn)領(lǐng)域的第一位。但是在這份規(guī)劃中并未涉及到減排已經(jīng)CCS技術(shù)的應(yīng)用。而時(shí)至今日，在周蒂看來(lái)在廣東開展CCS的一大阻礙也在于當(dāng)?shù)貙?duì)于CCS的認(rèn)知度不高。

目前廣東省正在編制新能源路線圖，作為該項(xiàng)目的負(fù)責(zé)人周蒂希望自己的研究將能為未來(lái)廣東省未來(lái)的節(jié)能減排路線的提供科學(xué)的依據(jù)。“廣東省在未來(lái)是否需要CCS，如何實(shí)現(xiàn)減排目標(biāo)，這都需要一個(gè)科學(xué)的評(píng)估決策。”

在周蒂看來(lái)，廣東省在發(fā)展CCS上存在著一定的優(yōu)勢(shì)，如廣東省經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)好，政府有著良好的意識(shí)，以及臨近海洋將為二氧化碳的封存提供存儲(chǔ)地。

“碳封存的技術(shù)并不成問題，重點(diǎn)是看要做不要做。”在周蒂看來(lái)，由于數(shù)量巨大，未來(lái)被捕集的碳還是要被封存，而決定碳封存的進(jìn)度的將是政府在種種情況下作出的決策。

許世森則樂觀估計(jì)，中國(guó)在CCS技術(shù)上沒有太多的瓶頸，最大的問題是國(guó)家在政策和資金上的支持，以及部門間的協(xié)作。國(guó)家以前對(duì)CCS的投入很少，僅有的一些也是用在實(shí)驗(yàn)室研究上。

監(jiān)管真空亟待填補(bǔ)

自建成使用至今，位于北京東部的高碑店熱電廠碳捕獲裝置已經(jīng)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)近2年時(shí)間，得到了一些碳捕獲的數(shù)據(jù)。

要在電廠原有的設(shè)備上增設(shè)碳捕獲裝置，就會(huì)降低五至八個(gè)百分點(diǎn)的能效，這使得有人質(zhì)疑碳捕獲的成本問題。許世森就此表示：“絕對(duì)成本是始終存在的，要減排肯定要花代價(jià)。”

不過，從示范到大規(guī)模工業(yè)化，碳捕獲的消納方法必須尋找新的路徑。“下一步我們計(jì)劃和石油公司合作，開展二氧化碳驅(qū)油示范項(xiàng)目。雖然這對(duì)電力行業(yè)和石油部門都是雙贏，但還是需要國(guó)家層面的協(xié)調(diào)。”許世森說(shuō)。

所謂的二氧化碳驅(qū)油，是將二氧化碳注入油井，使得采油效率更高。不過，即使將二氧化碳驅(qū)油與二氧化碳商業(yè)利用加在一起，也只能消納二氧化碳排量的少數(shù)。“最終的做法還是要進(jìn)行封存。”許世森最大的擔(dān)心是，二氧化碳的封存沒有經(jīng)濟(jì)利潤(rùn)可言。

在他看來(lái)，“要想減排，就要實(shí)現(xiàn)大量封存。屆時(shí)只能是政策方面的支持了，比如說(shuō)通過收碳稅的方式。另外，也要靠大家認(rèn)知的轉(zhuǎn)變。”

實(shí)際上，中國(guó)發(fā)展CCS技術(shù)仍面臨著技術(shù)、資金、政策以及項(xiàng)目執(zhí)行層面等諸多挑戰(zhàn)。

在英國(guó)、澳大利亞等，已著手建立CCS相關(guān)法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)，中國(guó)這方面尚未起步。如此真空領(lǐng)域，監(jiān)管部門很難對(duì)CCS的選址、運(yùn)輸、運(yùn)行以及后續(xù)活動(dòng)進(jìn)行合理、準(zhǔn)確的評(píng)估和管理。