捕捉二氧化碳——看上去很美

（文 / 袁越）

( 德国东部勃兰登堡州黑泵电厂内的这些管子用于收集液体二氧化碳 )

解决气候变化问题的关键在能源工业，这是全世界都公认的现实。

能源工业之所以演变成今天这个样子，完全是市场规律在起作用。在所有的能源形式中，化石能源最便宜，所以目前全世界有80%的能源来自煤炭、石油和天然气等化石原料。水电和核能虽然也不贵，但因为环境条件限制了它们的发展规模。风能、太阳能和生物质能等可再生能源的效率目前还无法和化石能源抗衡，单位能量的价格远比化石能源要高，除非国家大量补贴，或者消费者自愿提高能源价格，否则是很难发展的。

要想改变这一现状，降低二氧化碳排放，同样必须尊重市场规律。根据“政府间气候变化委员会”（IPCC）的估计，为了把大气升温幅度控制在2℃以内，全球温室气体排放总量必须在2050年时降低到1990年水平的一半。而根据国际能源署（IEA）的估算，为了达到上述目标，最廉价的方式就是培养消费者的节能意识，其次是提高能源效率，两者加起来估计可以实现50%，剩下的50%就必须另辟蹊径。

理论上讲，发展可再生能源确实可以满足剩下的减排目标，但却非常昂贵。消费者是否愿意做出如此巨大的牺牲呢？谁也不敢打保票。碳捕捉和碳填埋技术（Carbon Capture and Storage，简称CCS）就是在这种情况下出现的。

顾名思义，CCS就是把化石能源燃烧后产生的二氧化碳收集起来，集中存放，不让它散布到大气中。最适合做CCS的地方就是火力发电厂，因为二氧化碳的排放相对集中，容易捕捉。目前全球二氧化碳排放总量的41%来自电力行业，而在全世界所有的火电厂中，煤电就占了72%。这里我们再一次看到了市场的力量，因为单位能量值的煤炭价格是天然气的1/3，石油的1/6（2006年数据），用煤来发电是最合算的。

( 最适合做CCS的地方就是火力发电厂 )

不幸的是，煤炭同时也是最“脏”的化石能源。按照目前的技术水平，用煤炭发电平均每度电要排放大约1000克二氧化碳，而如果改用天然气，则只排放大约500克。国际主流意见认为，目前全世界的煤炭储量至少还可以支持100年，煤电厂在短时期内很难被淘汰。尤其在中国，煤炭更是不可替代的能源。据IEA估计，中国的煤电厂排放的二氧化碳占了全世界煤电厂排放量的38%，而且这个数字还在不断增加。

综上所述，CCS技术最大的用户就是煤电厂，而中国也是CCS技术最大的顾客。

( 德国小镇凯钦，这里的德国首座地下二氧化碳储藏库每日注入100吨二氧化碳 )

国际能源署能源技术合作部主任安东尼·福鲁格（Antonio Pfluger）告诉本刊记者，CCS理论上可以将火电厂产生的90%以上的二氧化碳捕捉起来，因此2050年全球可实现的减排量将有20%～28%来自CCS，总量可达100亿吨。如果不用CCS，而是依靠可再生能源来实现这一减排目标，则需要多花费70%的经费。

CCS，花小钱，办大事，看上去真的很美。

真的是这样吗？让我们以煤电厂为例，看看这个CCS究竟是怎么一回事。

先说碳捕捉这个环节。捕捉二氧化碳可以在煤炭燃烧前进行，这就需要先把煤炭气化，变成一氧化碳和氢气。其中的一氧化碳最终被转化成二氧化碳埋存起来，氢气则作为能源进入联合循环电厂进行燃烧，最终变成无害的水。从技术上讲，这个方法已经成熟，而且它可以把煤电厂和化工企业结合起来，利用煤炭来生产宝贵的化工原料（传统上都是用石油和天然气），因此中国政府十分重视这一技术，目前正在天津建设一个采用此技术的示范电厂，探索一条把温室气体减排和能源安全结合起来的新路径。

但是，此法成本高昂。如果只想对付二氧化碳，目前国际上更倾向于采用“燃烧后捕捉”技术，就是把煤炭燃烧后产生的废气收集起来，用高级胺或冷却氨溶液捕捉其中的二氧化碳。这个方法在技术上也已十分成熟，早已有小型火电厂采用这种技术捕捉二氧化碳用于碳酸饮料的生产（加气）。“燃烧后捕捉”系统最大的好处就是可以很容易地和现役火电厂匹配，便于对老式火电厂进行改造。目前正在建设中的示范CCS电站大部分都是基于这一技术。

另外，还有一项技术不能不提，就是富氧燃烧技术。这种方法需要先提纯氧气，然后让煤和纯氧进行燃烧，这样一来产生的废气几乎全部是二氧化碳，不含氮气，可以直接将废气压缩后填埋。从成本上看，这个方法和普通的“燃烧后捕捉”技术不相上下，主要的花费就是氧气提纯。如果将来能够找到更经济的氧气富集技术，这一方法将具有很大优势。

今年9月，德国勃兰登堡州的黑泵电厂（Schwarze Pumpe）建成投产了一座装机容量30MW的CCS电厂，这是全世界正式投产的第一座集二氧化碳捕捉和填埋于一身的CCS示范电厂。该厂采用法国阿尔斯通（Alstom）电气公司研制生产的富氧燃烧锅炉，产生的二氧化碳被压缩后直接运走储藏起来。

阿尔斯通公司的CCS项目主管菲利普·潘林科（Philippe Paelinck）对本刊记者介绍说，富氧燃烧技术早就应用在玻璃、纸浆和废物处理领域，被证明能够提高能源效率，是目前风险最低的CCS技术。黑泵示范电厂造价7000万欧元，几乎全部来自私人企业的投资。黑泵电厂计划在完成初期的3年试运行后，再至少运行10年，在实践中探索提高CCS能效和安全性的方法。

为了让富氧燃烧技术能够用于旧电厂改造，阿尔斯通公司正在法国Lacq电厂试验在现有老式锅炉上添加富氧燃烧装置，这个项目最大的挑战就是如何密闭老式锅炉。一旦这个问题得到解决，该技术就将具有非常大的潜力。

综上所述，碳捕捉技术早已万事俱备，只欠东风了。

CCS最大的问题出在碳填埋这个环节。目前可供储存二氧化碳的地点有三类，一是深海海底，二是地下盐水层（包括废弃的油气田），三是没有开采价值的地下煤田。第一种方法有可能增加海水酸度，已基本被放弃。后两种方法说起来其实并不新鲜，早在上世纪90年代，挪威人就曾经尝试过把二氧化碳打入已开采过的油气田，将残存的油气挤出来，延长油气田的使用寿命。阿尔斯通在德国建造的黑泵电厂就是将二氧化碳运到200公里以外的欧洲第二大天然气田Altmark，再注入3000米以下的气田中，增强天然气的采收和储存能力，可谓一举两得。

但是，目前已经尝试过的二氧化碳填埋试验规模都太小，每年只有100万吨左右。如果要在全球推广CCS，很可能需要上千亿吨的储量，地球能为人类提供足够多的储藏室吗？关于这个问题，不同的地质学家根据不同的安全标准，得出了不同的结论，有人认为只能满足40年的需要，有人则认为能够满足2000年。阿尔斯通公司比较乐观，潘林科认为，仅是北海底下的盐水层就可以储存欧洲600年排放的二氧化碳。

福鲁格主任告诉本刊记者，目前全世界已勘探出的埋存地点有很多，关键是防泄露。二氧化碳必须依靠地层的压力维持液体状态，否则就会挥发到空气中。IPCC的报告称，二氧化碳可以在地下安全地储存上百万年，每1000年的泄漏率不到1%。中国代表团成员、中国人民大学教授邹冀在本次大会上就公开表示了对CCS安全性的担心，他指出，中国政府支持CCS技术，但必须首先解决安全性问题。邹教授还点名请挪威代表讲讲安全问题，挪威代表回应说，他们的科学家在北海油田做过12年的研究，目前尚未发现二氧化碳泄露。

但是，在很多环保组织看来，即使CCS被证明很安全，也不应推广，因为CCS本质上仍然是一个过渡性解决方案，不但会给化石能源工业找到新的借口继续扩大规模，而且还会消减本应用于发展可再生能源的宝贵经费。对此质疑，《联合国气候变化公约》（UNFCCC）秘书长约夫·德波尔回答说，他本人从来没有见过任何一份减排方案不需要借助CCS和核电的帮助，所以他支持CCS。

发达国家与德波尔的意见相同。就在今年召开的北海道八国峰会上，各国能源部长们一致建议发达国家尽快建设20座大型CCS示范项目，向全世界展示CCS的潜力和安全性。欧盟能源部的项目官员斯考特·布洛克特（Scott Brockett）在一次关于CCS未来发展的会议上说，欧盟必须担负起领袖的责任，从政策到资金方面全力支持CCS的推广。他还认为，欧盟不会强制所有火电厂必须使用CCS，但会通过一个更加市场化的做法，为发电厂的温室气体排放量规定一个上限（比如每度电排放500克二氧化碳），让电厂根据市场规律，自行决定应该采用何种技术减排。

欧盟计划从现在起到2015年为止，在欧洲建设12座大型CCS示范电厂，为2020年开始向全世界大规模商业推广做准备。推广的重点肯定是发展中国家，那里还有16亿人用不上电，急需为他们建造廉价的发电厂。根据IEA的预测，从现在开始到2050年新增的火电厂绝大部分都将集中在发展中国家，因此欧盟十分重视和中国、印度以及巴西等国的合作。英国农业环境与食品公共事务部（Defra）项目官员黛比·斯托克维尔（Debbie Stockwell）向本刊记者介绍说，英国率先于2007年11月开始和中国科技部开展了一项为期2年的合作，在中国进行CCS可行性研究，以及对相关人员展开专业培训，为将来可能的技术转让做准备。双方还在中国境内开展了一次针对填埋地点的普查，目前已经探查到46个废弃油气田，二氧化碳填埋潜力为72亿吨；68个没有开采价值的地下煤层，潜力为120亿吨；24个盐水层，潜力为14350亿吨。这些潜在的填埋地点主要集中在东北、华北、西北、西南地区，以及黄海和东海一带。

阿尔斯通公司的潘林科对本刊记者说，虽然CCS市场目前还不存在，但很可能成为未来新建火电站的行业标准。他建议中国的新建火电厂必须考虑CCS，预先想好采用何种捕捉技术，为相关设备预留空间（大约要占电厂总空间的30%），以及就近寻找合适的填埋地点。如果不这么做，将来很可能会造成更大的经济损失。

中国在这方面有过教训。早期建成的煤电厂都没有安装脱硫设备，后来为了补装设备，多花了很多钱。但是，前华能电力公司工程师、现任中国经济体制改革研究会“中国电力行业应对气候变化课题组”首席专家许方洁教授向本刊记者介绍说，华能曾经在自己的电厂做过二氧化碳捕捉实验，但规模很小，只占总排气量的1%，不能说明问题。中国有关部门目前尚无法对CCS技术的未来做出准确判断，因此中国的新建电厂尚未针对CCS做好预留准备。

在今年的波茨南大会上，CCS无疑是最耀眼的技术明星。各国代表似乎已经对这项技术的意义不再存疑，争论的焦点集中到CCS是否可以并入“清洁发展机制”（CDM）的问题上。大多数发达国家，以及沙特等产油国都希望CCS尽快加入CDM，但以牙买加为代表的一批发展中国家则反对这一动议。看来这个问题还要留待下一次大会再来讨论。■

（感谢伯尔基金会（Heinrich Boell Foundation）对此次采访的帮助） 能源二氧化碳阿尔斯通公司