二氧化碳捕集及封存應用現狀

王小悅 李偉峰 王嘉瑞

（1華電電力科學研究院 浙江杭州 310030 2杭州華電工程設備監理有限公司 浙江杭州 310030）

1 前言

國際能源署（IEA）的初步數據顯示，2014年來自能源發電的全球二氧化碳排放量為323×108t碳。其中來自煤炭燃燒的CO2占排放總量的43%，其次分別為石油、天然氣、水泥和燃氣燃燒。在低碳未來中，二氧化碳捕集與封存（CCS）很有潛力成為二氧化碳減排中有競爭力的技術。

截止2012年中國CO2歷史累計排放量已居世界第三位，僅次于美國和歐盟。2013年中國的CO2排放總量正在超越歐美的總和。全球碳計劃組織的數據顯示，中國總排放量占到全球的29%，美國為15%，歐盟為10%。中國人均碳排放量首次超過了歐盟。而中國碳排放量的激增源自中國的工廠和發電廠。2011年～2013年，中國火電、水電、核電和風電的裝機增幅分別為9.2%、13.7%、16.2%和46.4%，雖然火電裝機增幅最小，但電力結構中火電裝機比重仍然達到72%。因此我國CCS示范項目主要集中在電力領域。

2 CCS 項目開展現狀

目前世界上正在運營的大型CCS項目每年能阻止2500×104t二氧化碳排放到大氣中。截止2013年，全球捕集與封存研究院2013年已經確立65個此類項目。正在運營的項目從2012年的8個增加到12個。在建的大型項目有8個。中國目前有12個，與2010年的5個相比，在數量上僅次于美國（20個項目）。說明中國對影響CCS的未來成功舉足輕重。

由于發電行業CO2來源穩定且排放量集中，是我國目前CCS示范的主要領域。2008年至2010年相繼投運了年捕獲能力為3000 t、10×104t和1×104t的華能北京熱電廠CO2捕集示范工程、華能上海石洞口第二熱電廠CO2捕集項目及中電投重慶合川雙槐電廠CO2捕集項目。

在二氧化碳燃燒前捕集方面，西安熱工院和華能清潔能源研究院正在開發IGCC系統優化和模塊化設計技術；掌握基于IGCC燃燒前二氧化碳捕集和封存關鍵技術；研發適合燃燒前捕集的二氧化碳吸收劑等。富氧燃燒方面，上海鍋爐廠和澳大利亞莫納什大學合作開展的富氧燃燒中試項目研究進展，項目建設了規模為3MW的富氧燃燒發電廠。浙江大學、清華大學則在燃燒后捕集技術研究方面取得的進展，包括進一步發展氨水氨法燃燒后捕集技術，開發出有效抑制氨揮發的調節劑，仿真模擬氨法燃燒后捕集技術中的溶劑再生過程，開發氨法聯合吸收CO2和SO2的模型；推進中空纖維膜接觸器CO2分離技術等。

二氧化碳地址儲存是從化石燃料（煤、石油、天然氣等）和一些工業過程（如水泥生產）捕獲碳并將碳永久地儲存在地下。油田、氣田、含鹽層、不可開采的煤層和鹽水沖注的玄武巖地層被認為是二氧化碳的封存場址。其中，地質結構目前被認為是最有前途的封存場址。由中聯煤層氣公司和澳大利亞科學與工業研究組織出資并實施的中澳二氧化碳增產煤層氣合作研究項目位于鄂爾多斯盆地東緣的山西省柳林縣。2011年9月開始注入CO2，2012年3月注入完成，注入井于2012年9月開始重新投入生產。煤層氣產出速率在CO2注入后得到改善。

3 CCS 面臨的問題及挑戰

3.1 技術發展方面

工業應用領域先進項目極度缺乏，只有兩個鋼鐵項目處于開發規劃階段，沒有水泥廠項目。因此在除電力行業以外的其他行業鼓勵發展碳捕集師范和CCS技術發展仍需要做很多工作。在其他行業成功的示范CCS對于取得有價值的設計、建設和運營經驗都非常必要。對于不同地點和不同設置下，在新應用中成功示范CCS技術不僅可以得到的大量技術方面經驗，對于降低成本和增強投資者信心也非常重要。

3.2 商業化運作方面

盡管進入運營和建設階段的CCS項目近些年取得穩定進展，但發展勢頭過于緩慢，無法支持廣泛的商業化推廣所需的動力以支持氣候變化風險緩解方案。為了讓CCS技術充分發揮緩解氣候變化的潛力，大型項目的數量應大幅增加，也可持續進行強有力的全球協調研發工作降低成本，并對運輸和封存基礎設施提供前期支持，減少新項目進入市場的時間。

3.3 政策方面

在過去5年內，對于CCS的公共政策沒能達到CCS示范項目在減緩預計的全球溫度上升方面能夠發揮其全部作用所需的廣度和深度。減排政策的各種不確定大大阻礙了CCS技術的發展，迫切需要制定周全的政策。目前，我國CCS技術在管理政策機制、相關法律法規方面均不完善，且沒有專門的管理部門進行監管。且目前大多數CCS示范項目都由政府牽頭并提供資金支持，說明公眾對發展CCS技術開展節能減排的認知度不高。

4 結語

從全球角度來講，目前清潔煤和碳捕集、利用及封存尚未步入正軌，各國均認同CO2對全球變暖的作用，并且相信在未來幾十年電力和工業領域大幅度應用CCS技術一定能實現低碳能源未來的最低成本化愿望，但目前對該技術的應用甚少，CCS技術推廣的關鍵不是技術層面的問題，而是缺乏公眾和政府政策的支持，并且短期內該現狀不容樂觀。根據我國國情及目前煤炭為主的能源結構，積極應對氣候變化完成CO2減排目標，CCS技術必不可少。我們應針對CCS技術積極采取有效措施，解決現有問題把握發展機遇。