我國CCS技術發(fā)展現狀及問題分析

李 莎

（長江大學石油工程學院，湖北 武漢 430100）

近年來，受溫室氣體（主要是CO2）大量排放的影響，全球氣候變暖，自然災害頻頻發(fā)生。氣候變暖逐漸引起世界各國的廣泛關注，各國政府都在通過研究及合作從技術、政策、法律等方面尋求長期而有效的解決方法。近幾年來興起的CCS技術逐漸成為世界的寵兒，世界各國都將這一技術當作研究的熱點。作為低碳技術的一部分，CCS技術較新能源及可再生能源技術和節(jié)能技術及提高能效技術這兩種低碳技術有著明顯的優(yōu)勢。新能源及可再生能源技術要實現商業(yè)化，在技術上還存在很多難題，實際減排效果并不理想；節(jié)能技術及提高能效技術則存在實現CO2減排技術上的極限。而CCS技術不僅能保證化石燃料的繼續(xù)使用，而且具有巨大的CO2減排靈活性的潛力。短時間內，我國以煤炭為主的能源結構很難改變，而CO2的主要來源正是以煤炭作為燃料的發(fā)電廠，因此，發(fā)展CCS技術是符合我國當前國情的一個好的選擇。IEA（國際能源署）指出，直到21世紀中期，CCS技術都將在溫室氣體的減排藍圖中發(fā)揮至關重要的作用［1-6］。

1 CCS技術簡介［7-11］

CCS（carbon capture and storage），即 CO2捕獲和封存。CCS技術是指通過CO2捕集技術將CO2從工業(yè)和相關能源產業(yè)排放源中分離出來，再通過碳儲存手段將其輸送并封存到海底或地下等與大氣隔絕的地方。CCS技術主要包括CO2捕集及封存2部分。

1.1 CO2 捕集技術

CO2捕集技術可以分為3類：燃燒前捕集、富氧燃燒捕集、燃燒后捕集。燃燒前捕集就是將燃料經過重整或氣化重整轉化成煤氣。最為常見的是煤氣化聯合循環(huán)發(fā)電（IGCC），該法可以獲得較高壓力和濃度的CO2，但仍然面臨著投資成本太高、可靠性有待提高等問題。富氧燃燒捕集是采用O2/CO2燃燒方式獲得高濃度CO2（一般可達90%）的一種捕集技術。缺點在于空分系統制氧成本較高，以及CO2回收壓力較低，需要增壓運輸。燃燒后捕集是在煙氣排放前捕集CO2的一種捕集技術。應用比較廣泛的是化學溶劑吸收法。但是，普通煙氣壓力低、CO2濃度低，導致了捕集費用高、捕集裝置龐大等一系列問題。目前，燃燒前捕集和燃燒后捕集技術基本已商業(yè)化，而富氧燃燒技術正處于示范階段。但是，相對另外2種捕集技術，富氧燃燒技術由于具有CO2濃度高這一顯著優(yōu)勢而更有發(fā)展?jié)摿Α?/p>

1.2 CO2 封存技術

CO2封存的方法一般可分為地質封存和海洋封存2類，這2種方法均具有儲量巨大、有效期長的優(yōu)點，發(fā)展?jié)摿薮蟆?/p>

地質封存是將超臨界的CO2注入到地質構造并封存的技術。常用的地質封存點有不可開采煤田、廢棄油氣田及咸水層等。如果以750×10-6作為穩(wěn)定CO2質量分數進行分析，CO2經濟的地質封存量大約在2 200億t～22 000億t。那么，直到2100年，地質封存方法對CO2減排的貢獻度可達55%。不過，地質封存方法的缺點是，一旦CO2在注入地層的過程中泄漏到蓄水層，不僅會影響地下水，而且可能影響土壤環(huán)境，從而對生態(tài)系統造成影響。因此，研究地質封存的過程中應該將CO2泄漏作為一項重要部分，盡可能地降低CO2泄漏的風險。目前，在我國研究和應用比較多的是CO2-EOR及咸水層封存。

海洋封存是直接將CO2注入到海洋水體或海底的技術。由于CO2注入海底可能會導致海底局部酸化及CO2注入海洋和海底是否合法還不確定等，目前，各國幾乎都不可能冒險大力發(fā)展該技術。因此，地質封存將成為世界各國主要的研究方向。

2 國內發(fā)展現狀

在我國，針對CCS技術的相關研究較少。比如，對CO2的壓縮與凈化、長距離管輸過程中CO2化學腐蝕機理與規(guī)律及CO2在地質構造中吸附和遷移的機理與規(guī)律等問題的研究在國內幾乎處于空白狀態(tài)。目前，我國開展的CCS項目也只有少數幾個，包括Yanta IGCC、NZEC、COACH等，而且基本都處于研發(fā)階段。在我國，CO2捕集法主要用于CO2濃度高、易捕集的天然氣凈化、煉油、制氫等工業(yè)過程，在CO2排放量最大的發(fā)電廠的應用還很少。我國CCS技術大多都采用燃燒后捕集的方式，在工業(yè)上也主要用于提高采油率，即CO2-EOR技術。2006年，我國第1個規(guī)模化的CO2-EOR試驗項目在吉林油田開展；2008年，華能集團建立了我國首個燃煤電廠CO2捕集示范工程，相關數據表明，年捕集量可達3 000t；2010年，神華集團啟動了我國首個CCS示范項目。近幾年，我國政府在“973計劃”和“863計劃”國家重大課題上也對CCS研究進行了立項，并且取得了重大的進展。

3 我國CCS技術存在的問題及解決方法［12-23］

3.1 成本高

CCS技術是一項包括CO2捕集、輸送、封存3部分的技術。其中，CO2捕集部分成本高昂，CCS技術成本的高低主要取決于這一部分。目前，3種碳捕集方法成本都很高，而且CCS裝置工藝流程復雜、能耗巨大，使用CCS技術的發(fā)電廠比普通發(fā)電廠要多消耗25%～50%的能源，因此，投資CCS技術對于企業(yè)投資者來說無疑是一個高風險投資。2005年，IPCC（聯合國政府間氣候變化專門委員會）估算了發(fā)電廠CCS技術的投資，結果表明，采用CCS技術的發(fā)電廠發(fā)電成本將增加0.01美元/（kW·h）～0.05美元/（kW·h），具體多少需要依據具體情況。但如果項目中包括EOR，會將發(fā)電成本降低0.01美元/（kW·h）～0.02美元/（kW·h）。因此，將CCS技術與EOR技術結合是一種實現減排與經濟雙贏的方式。但是，油氣田的封存量較少，無法滿足大規(guī)模封存需求，而地質封存則能滿足大規(guī)模封存需求。因此，結合EOR技術與地質封存無疑是比較合適的方式。不過，想要進一步降低CCS技術的成本，關鍵還是取決于技術的發(fā)展與成熟。我國應該充分利用國內外研發(fā)之間互動的機會，吸收國外先進技術，指導我國自主研發(fā)，不斷發(fā)展CCS技術，提高我國自主創(chuàng)新能力。

3.2 缺乏相關政策和法律制度

在我國，CCS技術相關政策及法律制度甚少。而CCS技術是一項高成本、高風險、成本回收期長的技術，沒有政府的支持，企業(yè)投資者幾乎不可能選擇投資。因此，政府必須加強相關政策及法律的制定和實施。比如，建立碳交易制度和碳稅制度，碳交易制度的建立，將使得碳排放量超額的企業(yè)不得不在購買碳排放指標和開展CCS技術之間做出選擇，碳排放量低的企業(yè)則可以通過出售多余碳排放指標獲取利益，從而達到激勵企業(yè)投資者投資CCS技術的作用。碳稅制度的建立毫無疑問將對企業(yè)投資者起到激勵的作用。此外，國家還可以對開展CCS技術的企業(yè)進行補貼，如果政府在經濟和政策上給予大力支持，會吸引不少企業(yè)投資者投資CCS技術。

3.3 戰(zhàn)略目標不明確

目前，我國還沒有制定任何關于發(fā)展CCS技術的短期及長期計劃。而CCS技術的發(fā)展是需要長時間準備的，國家應該制定長、短期目標。例如，可以把對封存點進行調查、評估、優(yōu)選和規(guī)劃作為短期目標，為后續(xù)工作做好基礎準備，把建立試驗性項目、相關政策、法律和規(guī)范體系作為長期目標。

3.4 存在泄漏風險

不管是地質封存還是海洋封存都有泄漏的風險，CO2泄漏是需要重點考慮的安全性問題。在CO2質量分數超過8%的情況下，能夠迅速危及人的健康和生命。雖然CO2泄漏發(fā)生的概率很低，但是仍然應該做好各個環(huán)節(jié)的防漏工作。2006年，IPCC就制定了“CO2地質封存風險評估與管理框架”，用于指導和解決CO2泄漏問題。研究結果表明，只要選擇合適的封存點，設計和管理適當，CO2安全儲存期可長達數百萬年。

3.5 公眾認知度不足

目前，CCS技術對我國大多數公眾來說還是一個陌生的名詞，遠遠不是一項眾所周知的技術，主要原因還是缺乏相關宣傳與推廣。因此，國家需要加強相關知識的普及與宣傳，通過介紹和推廣一些國內外成功的案例，減輕公眾對CCS技術泄漏風險的憂慮，鞏固公眾對CCS技術的支持力度，為后期大力發(fā)展CCS技術做好準備。

3.6 存在技術難點

目前，CCS技術仍存在一些技術難點，其中就包括CO2的壓縮與凈化技術、防泄漏技術等。尤其是CO2的壓縮與凈化技術。由于成本較高的緣故，富氧燃燒技術現在在國內應用很少，而一般發(fā)電廠煙道氣中CO2濃度都較低，CO2的后期壓縮與凈化處理過程十分復雜，國內對這一部分的研究也很少。國家可以加大對CCS技術的研發(fā)資金投入，鼓勵相關機構及高校研究CCS技術存在的一些技術難點，在技術上實現新的突破。

3.7 無統一完善的評估體系

在發(fā)展CCS技術的過程中，一個完善、成熟、統一的評估體系是不可或缺的。CCS技術的很多環(huán)節(jié)都需要進行評估，如，CO2地質封存時選址就需要依據已有的評估體系進行整體評估，通過評估后才能選出最優(yōu)的封存地點。如果評估體系不統一完善，很可能導致所選最優(yōu)地點并非實際最優(yōu)地點，從而產生一系列問題。國家可以通過組織國內相關專家，借鑒國外的經驗制定統一完善的評估體系，供國內研究者和投資者參考和使用。

4 結語

目前，CCS技術在我國尚處于起步階段，在研究和發(fā)展的過程中還存在著很多問題，如，成本高，相關政策、法律制度缺乏、公眾認知度不足等。2009年，在丹麥哥本哈根召開的世界氣候大會上，中國政府做出了到2020年實現我國單位GDP的CO2排放量較2005年下降40%～45%的鄭重承諾，這一承諾不僅為我國CO2減排工作指明了工作目標，而且也給相關能源部門帶來了嚴峻的挑戰(zhàn)和考驗。因此，發(fā)展CCS技術將是適合我國現階段實現CO2減排目標的一個良好選擇。

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