碳捕集和碳交易研究探討

夏 爽

(大唐環境產業集團股份有限公司，北京 100097)

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碳捕集和碳交易研究探討

夏 爽

(大唐環境產業集團股份有限公司，北京 100097)

歸納總結了碳捕集技術與碳交易的發展概況，針對各種技術和模式的優缺點，闡述了直接在潔凈的空氣中捕集二氧化碳的思路，提出了進一步規范碳交易規則，大力發展工業化種植技術的建議，旨在從根本上安全、低成本地解決固碳的技術難題。

碳捕集，碳交易，工業化種植，節能減排

0 引言

隨著全球變暖、氣候異常等問題的日趨嚴重，溫室氣體的減排越來越受到全世界的關注。經過一段時間節能減排政策的深入實施，進一步依靠提高能效達到碳減排的目的，在短期內很難再次取得長足進展，人們開始關注碳捕集、碳交易等相關技術。火電廠是燃燒排放二氧化碳的大戶，并且具有很高的代表性，在碳捕集方面已有多年的研究，目前碳捕集技術主要包括燃燒前捕集、燃燒后捕集、富氧燃燒三大類技術[1]。

1 現有主流碳捕集技術

1.1 燃燒前捕集技術

燃燒前捕集技術的主要原理是，先將化石燃料轉化為二氧化碳和氫氣，分離其中的二氧化碳后再將潔凈的氫氣進行燃燒發電。該技術的缺點是需要耗費能量將固態或者液態燃料轉變為氣態，同時預先將碳元素轉變為二氧化碳也將損失凈發電量。

1.2 富氧燃燒技術

富氧燃燒技術的主要思路是，控制并循環使用煙氣，通過在燃燒前補充純氧使其恢復爐內助燃的能力，在煙氣不斷的循環過程中，二氧化碳含量逐步提高，氮氣的含量逐步降低，最終形成只有二氧化碳和補充進入的氧氣被循環使用，簡化了碳捕集的難度，同時降低了氮氧化物的生成量。該技術的缺點是需要對大部分燃燒發電設備進行改造，投資較大，控制難度高，還需要經過長期的研究和發展。

1.3 燃燒后捕集技術

燃燒后捕集技術主要包括吸收法、吸附法和冷凝法，此類技術不必對送風等發電設備進行大規模改造，更加適合于現有燃煤電廠，煙氣經過正常脫硫、脫硝、除塵后即可進行碳捕集處理。但該技術目前還沒有取得突破性進展，建設和運行成本偏高，大多技術方法仍然處于試驗研究階段。

1.3.1 吸收法

混合氣體進入吸收塔，利用熱鉀堿液或MDEA作為吸收劑，大量吸收混合氣體中的CO2氣體，飽和后進行解析過程，可以得到純度99%(mol)以上的CO2氣體。該工藝的缺點是煙氣成分復雜，碳捕集工作環境惡劣，并且設備價格偏高，需要消耗大量電能和蒸氣，運行費用也偏高。

1.3.2 吸附法

吸附法是讓多組分流體(氣體或液體)混合物與吸附劑固體表面充分接觸，由于混合物組分與吸附劑表面之間存在著不同的作用力，從而使作用力較強的組分在吸附劑表面吸附富集并與作用力較弱的組分分離。其中變壓吸附(PSA)技術更為典型，利用壓力的變化提高吸附和脫附過程的效率。該技術能耗低，導致運行成本低，并且得到的CO2氣體摩爾濃度可以達到98%左右，但設備占地面積大，難以實現大規模生產。

1.3.3 冷凝法

冷凝法是將脫水后的煙氣加壓至3.5 MPa，并冷卻到-32 ℃以下，則CO2氣體可凝結成液體，而氮氣、氧氣則仍以氣態的形式被排出。該技術需要消耗較多的能量，導致運行成本偏高，并且回收CO2氣體的效率也較低。

2 現有技術存在的問題及解決措施

目前，現有技術存在兩大主要難題，一是受技術水平限制，大多數火電廠均采用燃燒后捕集技術，而在尾部煙氣中進行碳捕集的工藝條件較為惡劣，技術實施難度大；二是對捕集下來的二氧化碳進行集中封存技術存在較大的風險，還需要繼續升級技術手段，并制定完善的監管體系[2]，目前階段實施難度較大。

對于煙氣碳捕集工藝條件惡劣的問題，建議選擇吸收法，并且將吸收煙氣改為直接吸收更為清潔的空氣，以便改善工藝操作環境，并且可以有效降低碳捕集過程的能量消耗。

對于碳封存風險高的問題，最好的解決途徑就是轉變碳捕集的方式，通過碳交易手段將碳捕捉、封存向綠色固碳轉變。

3 碳交易存在的問題及解決措施

碳交易是利用市場機制作為促進以二氧化碳為代表的溫室氣體減排的新途徑，即把二氧化碳的排放權作為一種商品，從而形成二氧化碳排放權的交易。碳交易的基本原理是，合同的一方通過支付給另一方一定的費用，從而獲得一定量的二氧化碳排放權，而賣出方相當于通過碳減排獲得了收益。本文討論的范圍不包括國際碳交易，僅從中國國內碳交易情況進行分析探討。

經過10年左右的探索和發展，中國已經形成了深圳、上海、北京等多個省市的碳排放權交易試點，但目前暫不具備全國推行配額交易的條件，相關制度也需要進一步完善。

中國是發展中國家，大部分企業的生產過程節能減排程度較低，在碳減排方面具有巨大的潛力，但中國急需確定哪些企業需要減排，減排到什么程度或標準。沒有這種制度和標準的約束，中國的低碳經濟進展則會很慢。同時，還要確定哪些類型的企業不能獲得碳減排收益，確保資金的流向有利于碳減排，而不是被投機者侵占。

目前，最重要的碳減排手段有兩種，一種是企業提高節能減排效率，另一種則是森林碳匯。前者需要國家針對各行各業制定節能減排標準，不能達標的則必須進行碳交易來購買碳排放權。森林碳匯交易是指通過植樹造林從大氣中固定碳，從而獲得可以出售的碳排放權，但森林碳匯交易需要從制度和執行上加以嚴格規范，避免出現森林固碳“豆腐渣工程”甚至虛假工程騙取碳交易資金。

森林固碳事實上是一種徹底有效減少大氣層二氧化碳含量的措施，不僅成本低，有利于自然環境的恢復，同時也避免了碳捕集后封存的種種風險和高額費用。在森林碳匯的啟示下，還可以培育生長速度快，固碳效率高的新品種植物，并將種植過程工業化，更便于固碳量的統計和交易，同時其植物產品還可以制作成天然飼料出售給畜牧養殖企業，產生新的經濟收入。

4 結語

1)火電廠煙氣進行碳捕集的技術難度大，耗費較大資金和能源，對二氧化碳進行集中封存具有較大的風險，需要嚴格監管，整體費用高，可行性較低。2)建議大力發展碳交易，采用委托第三方運營等方式，直接利用空氣進行等量碳的捕集，最佳的解決措施仍是切實提高綠化面積比例，或利用工業化的生物固碳生產達到碳減排的總體目的。

[1] 王澤平，周 濤，張記剛，等.電廠二氧化碳捕集技術對比研究[J].環境科學與技術，2011，34(11)：83-87.

[2] 彭 峰.碳捕集與封存技術(CCS)利用監管法律問題研究[J].政治與法律，2011(11)：18-26.

[3] 陳錦偉.淺談空氣分離技術的發展和改進[J].化工管理，2015(18)：63-64.

Research and discussion on carbon capture and carbon exchange

Xia Shuang

(DatangEnvironmentIndustryGroupCo.,Ltd,Beijing100097,China)

Summarized the technology of carbon capture and also the history of carbon exchange. Aimed at their advantages and defects, presented a new thinking to capture the carbon from the clean air. And also suggested to specificate the rule of carbon exchange. Indutrialized planting is a safe and low cost way to fix carbon.

carbon capture, carbon exchange, indutrialized planting, energy conservation and emission reduction

1009-6825(2016)30-0187-02

2016-08-18

夏 爽(1978- )，男，工程師

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