應對氣候變化 碳捕集和利用難在哪兒

英國政府近日宣布，將在2020年代中期，投入運營首個碳捕捉、儲存以及利用(CCUS)項目，這也是英國應對氣候變化的具體措施之一。

碳捕捉是將工業生產過程中產生的二氧化碳收集起來，防止其進入大氣，從而助力碳減排，我國也把“發展二氧化碳捕集利用與封存技術”正式寫入了《國家“十三五”科學和技術發展規劃》。那么，現在的碳捕捉技術已發展成熟了嗎?各國研發的碳捕捉技術主要有哪些類型和不同點?應用的難點在哪里?

盡管還不成熟，但已不是最前沿科技

CCUS技術由碳捕集、碳封存和利用三部分組成，碳捕集技術目前大體上分作三種：燃燒前捕集、燃燒后捕集和富氧燃燒捕集。燃燒前捕集技術主要是在燃料煤燃燒前，先將煤氣化得到一氧化碳和氫氣，然后再把一氧化碳轉化為二氧化碳，再通過分離得到二氧化碳;燃燒后捕集是將燃料煤燃燒后產生的煙氣分離，得到二氧化碳;富氧燃燒捕集是將二氧化碳從空氣中分離出來，得到高濃度的氧氣，再使燃料煤進行充分燃燒后，捕獲較為充足的二氧化碳。

碳封存是指捕捉到的二氧化碳通過公路、鐵路、管道和船舶等方式來運輸，而管道運輸被認為適用于大批量的二氧化碳運送，經濟性較好。封存二氧化碳，一般要求注入距離地面至少800米的合適地下巖層，在這樣的深度下壓力才能將二氧化碳轉換成“超臨界流體”，使其不易泄漏;也可注入廢棄煤層和天然氣、石油儲層等，達到埋存二氧化碳和提高油氣采收率的雙重目的。

盡管從目前來看，CCUS技術還不成熟，但是煤炭信息研究院能源安全研究所能源經濟中心主任孫超表示，CCUS已經不算產業鏈上最前沿的科技了，在CCUS方面業界有物理法和化學法，國內常用的是低溫甲醇提取，技術難度并不大。但碳捕捉及封存成本高昂，阻礙了其大規模推廣。

CCUS技術的主要工藝環節在美國等國家都有很長時間的使用歷史。如聚乙二醇二甲醚和低溫甲醇提取是燃燒前捕集技術的兩大工藝，從20世紀50—60年代就開始投入商業應用，目前全球已有上百個項目正在使用這樣的技術。

不斷研發中的新技術，市場前景看好

CCUS技術中的碳捕集可分為化學吸收法、物理吸附法、膜分離法、化學鏈分離法等。其中，化學吸收法被認為市場前景最好，受重視程度也最高。

不過，相應的新技術也在不斷研發中。如中國科學院武漢巖石力學所二氧化碳地質封存學科組正在開發“二氧化碳驅采水”技術，其原理是通過二氧化碳的提取把地下水置換出來，在置換過程中，二氧化碳被封存到地下。置換出的咸水如同石油一樣，可從中提取有價值的元素或把水淡化處理后用于生產生活。“依據我國國情，我們選擇的最佳應對方案是‘二氧化碳驅采水’技術。這會讓二氧化碳的封存與利用相得益彰。”中科院武漢巖石力學所研究員李琦告訴科技日報記者，我國已基本掌握“二氧化碳驅采水”的技術要領。

據報告，美國能源部下屬橡樹嶺國家實驗室的科研人員合成出一種簡單的胍類化合物，將這種化合物的水溶液放置于空氣中就會形成晶體，其中包含了碳酸鹽，這說明空氣中的部分二氧化碳被捕獲了。“通過新方法，我們通過將晶體加熱到80—120攝氏度來釋放與化合物結合的二氧化碳，這種方式比傳統碳捕捉更溫和。”參與研究的拉杜·卡斯特爾辛說，加熱后，晶體還可恢復成最初的胍類化合物，并可循環利用3次，這使得碳捕捉成本大幅降低。

成本高昂、缺乏全流程示范經驗

CCUS示范項目的成本相對較高，是阻礙其發展的主要原因。據統計，目前CCUS示范工程投資額都在數億元人民幣的規模，而且，在現有技術條件下，引入碳捕集后每噸二氧化碳將額外增加140—600元的運行成本。如華能集團上海石洞口捕集示范項目的發電成本就從大約每千瓦時0.26元提高到0.5元。

仍有待提升的CCUS技術水平，是制約其發展的又一障礙。在我國，CCUS試驗示范還處于起步階段，缺乏大規模、全流程示范經驗，特別是在現有CCUS技術條件下，企業部署CCUS將使一次能耗增加10%—20%，效率損失大。

不過，國際能源署(IEA)2018年12月發布報告稱，煤炭消費量持續穩健情況下，為了達到氣候行動目標，就必須使用碳捕捉、封存與利用這一新興技術。IEA署長法提赫·比羅爾表示：“簡單來說，要實現我們的可持續發展目標，沒有CCUS將不會有未來。”