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哥本哈根會議結(jié)束后的2009年歲末，全球最大的燃煤電廠“碳捕獲”項目在上海進入調(diào)試階段，建成后每年可捕集10萬噸高純度二氧化碳。
這個隸屬中國華能集團上海石洞口第二熱電廠的項目，自2009年7月啟動，項目總投入1.5億元人民幣，由此見證“碳捕獲與封存”(CarbonCaptureandStorage，以下簡稱CCS)在中國的驚人發(fā)展。不過，這僅是華能集團的第二個碳捕獲項目——第一個項目位于北京東郊的高碑店熱電廠，建成一年多已捕獲二氧化碳3000余噸。
CCS技術(shù)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行封存，避免其排放入大氣，引起或加劇氣候變化的一種新型技術(shù)。除了直接的二氧化碳減排，還可實現(xiàn)石油、煤炭等化石能源的可持續(xù)利用。
全球目前燃煤產(chǎn)生的二氧化碳是90億噸/年?？茖W(xué)界最為樂觀的估計是，地下可埋存10萬億噸二氧化碳，保守估計亦達2000億噸，這相當(dāng)于未來數(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。
“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，實現(xiàn)二氧化碳減排目標(biāo)。”中科院南海海洋研究所研究員周蒂對此技術(shù)的應(yīng)用前景頗為樂觀。
在美國、德國和印度，一半以上的發(fā)電是靠燒煤，而中國這一比例則高達70%。“這也就意味著，為中國燃煤電廠排放的二氧化碳尋找出路的問題，將長期困擾我們。”中科院武漢巖土力學(xué)研究所研究員李小春告訴記者。
兩個示范項目
德國2001年耗資7000萬歐元研究CCS技術(shù)之際，中國尚未對此充分重視。
作為中國CCS的專家，西安熱工研究所有限公司總工程師許世森，清楚地感受到他領(lǐng)導(dǎo)的石洞口、高碑店項目給自己帶來“國際地位”——他經(jīng)常遇到一些國外專家的合作邀請。
“早先，對于碳捕獲的研究僅是一些實驗室在做，在‘十五’期間的國家課題中幾乎沒有涉及CCS。有人認為，中國要一步一步來。”許世森說。
轉(zhuǎn)機出現(xiàn)在2006年，經(jīng)國家發(fā)改委推動，CCS技術(shù)被作為中澳兩國合作的重點。華能集團由此獲得一個任務(wù)：在2008年奧運會開幕之前建立一個CCS示范項目。掌舵華能集團的李小鵬立即指示成立課題組，并明確目標(biāo)——“到奧運會之前投入運行”。這一計劃得到北京市政府的支持。
2007年9月3日，中國華能集團、澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)工業(yè)研究組織簽署了《關(guān)于潔凈發(fā)電及二氧化碳捕集與處理等技術(shù)研究的合作框架》。作為參與方的西安熱工研究所有限公司，正是華能集團控股公司。
高碑店項目于2007年8月正式開工，包括設(shè)計在內(nèi)整個工程耗時近八個月，耗資2850萬元。當(dāng)這一裝置正式運行時，很多專家們表露出驚訝。
自此，CCS在中國引起了越來越多的關(guān)注，CCS的研究熱了起來，高碑店熱電廠成了學(xué)習(xí)基地，據(jù)電廠負責(zé)人描述，“差不多每周都有團隊前來參觀”。
碳捕獲工藝目前分為三種，即燃燒后捕獲、預(yù)燃燒捕獲和含氧燃料燃燒捕獲工藝。高碑店、石洞口兩項目即是燃燒后捕獲，通常是利用醇胺類溶劑從發(fā)電站廢氣中捕獲二氧化碳。據(jù)介紹，石洞口項目的規(guī)模將遠大于高碑店。
與此同時，華能集團所主導(dǎo)的另一項目——“整體煤氣化(20.05,-0.48,-2.34%)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)”(IGCC)示范工程，已于2009年7月在天津臨港工業(yè)區(qū)開工建設(shè)。IGCC能在煤炭燃燒前從氣化的煤炭中捕獲到其中的碳，捕獲之后，電廠主要燃燒氫氣，可以做到二氧化碳的“近零排放”。這是國家發(fā)改委批準(zhǔn)的第一個IGCC上馬項目，華能集團70億元“綠色煤電”投資試水，被寄望于對該技術(shù)的示范和探索。
“大規(guī)模的示范才能夠獲得相應(yīng)的數(shù)據(jù)，如果走不出實驗室、走不到工業(yè)示范這一步，實驗室研究起到的推動作用會比較小。”許世森說。
易捕獲、難封存
實際上，高碑店和石洞口兩項目僅僅運用了CCS技術(shù)的前半部分——碳捕獲，對于封存技術(shù)并未涉及。
碳封存是指將大量捕獲到的二氧化碳，存儲在地質(zhì)結(jié)構(gòu)之中，從而減少二氧化碳排放。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。
中科院研究員周蒂告訴記者，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)上來講是完全可行的。挪威曾在1996年即完成一項碳回灌海底工程。聯(lián)合國相關(guān)機構(gòu)檢測證明，其至今仍是安全的。
但在海水層中封存碳還有很大的不確定性。“因為碳溶于水后，質(zhì)量變大會下沉到海底。這是否影響海底生態(tài)有待考證。”周蒂說。
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。
“目前的難點是對地質(zhì)的勘探是否準(zhǔn)確，對一個地點的地質(zhì)構(gòu)造是否有把握；埋存下去后要進行監(jiān)測，到底能保存多久，可能會從什么地方泄露？所有這些都需要進行示范。”許世森說。
目前，不少國家與商業(yè)公司正在進行有關(guān)碳封存的研究工作。中國內(nèi)地對于碳封存技術(shù)的研究業(yè)已升溫，中科院、電力、石油等部門對此都有興趣。
2009年6月末，歐盟委員會通過了一個最高資助額將達5000萬歐元的新計劃，資助中國碳捕獲與封存項目的建設(shè)與運行。與此同時，中美之間在CCS技術(shù)和項目上的合作也已經(jīng)展開。
中科院武漢巖土力學(xué)研究所研究員李小春透露，中國第一個碳封存示范點將選擇在天津大港油田的廢油井，估計2011年左右開始建設(shè)。
2009年9月，國家發(fā)改委能源所發(fā)表了名為《中國2050年低碳發(fā)展之路：能源需求暨碳排放情景分析》的報告，其中提到了CCS技術(shù)。該報告的撰寫人之一、國家發(fā)改委能源研究所研究員姜克雋告訴記者，中國若想在2030年實現(xiàn)碳排峰值，就應(yīng)該重視對CCS技術(shù)的應(yīng)用。
許世森樂觀估計，中國在CCS技術(shù)上沒有太多的瓶頸，最大的問題是國家在政策和資金上的支持，以及部門間的協(xié)作。國家以前對CCS的投入很少，僅有的一些也是用在實驗室研究上。但是他相信，CCS必將寫入“十二五”規(guī)劃。
監(jiān)管真空亟待填補
自建成使用至今，高碑店熱電廠碳捕獲裝置已經(jīng)連續(xù)運轉(zhuǎn)一年多，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，就會降低五至八個百分點的能效，這使得有人質(zhì)疑碳捕獲的成本問題。許世森就此表示：“絕對成本是始終存在的，要減排肯定要花代價。”
高碑店熱電廠捕獲的3000多噸二氧化碳，以每噸500元至600元的價格外銷。相比每噸300元的成本，近半的盈余讓碳捕獲裝置成功地持續(xù)運作。而上海的石洞口項目也將以同樣的方式供氣給食品業(yè)和工業(yè)。許世森坦言，之所以選址在上海，也是由于當(dāng)?shù)厥袌鲂枨罂梢越蛹{捕獲的二氧化碳，而上海世博會亦有與北京奧運會同等的“綠色理念”與政策支持。
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。“下一步我們計劃和石油公司合作，開展二氧化碳驅(qū)油示范項目。雖然這對電力行業(yè)和石油部門都是雙贏，但還是需要國家層面的協(xié)調(diào)。”許世森說。
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)濟利潤可言。
在他看來，“要想減排，就要實現(xiàn)大量封存。屆時只能是政策方面的支持了，比如說通過收碳稅的方式。另外，也要靠大家認知的轉(zhuǎn)變。”
實際上，中國發(fā)展CCS技術(shù)仍面臨著技術(shù)、資金、政策以及項目執(zhí)行層面等諸多挑戰(zhàn)。
在英國、澳大利亞等，已著手建立CCS相關(guān)法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)，中國這方面尚未起步。如此真空領(lǐng)域，監(jiān)管部門很難對CCS的選址、運輸、運行以及后續(xù)活動進行合理、準(zhǔn)確的評估和管理