什么是碳捕獲與存儲

　　目前二氧化碳在大氣中的含量水平為百分之三百八十五，而其正以每年3%的速度增長。按這個速度發(fā)展，到2100年，空氣中的二氧化碳的聚集量將達(dá)到百萬分之一千一百，整個地球的氣候條件將逐步接近史前年代：地球大氣層和金星的大氣層相類似，二氧化碳取代氮氣成為主要成分；溫室效應(yīng)造成的高溫將不適合任何動物的生存，人類社會則將在這一進(jìn)程中崩潰。
　　造成這一切的主要原因，就在于人類的工業(yè)化進(jìn)程使得碳的排放量已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了自然體系捕獲碳的能力。如何阻止這一進(jìn)程發(fā)展下去是個棘手的問題。作為補救措施之一，人類已經(jīng)開始嘗試將碳捕獲與封存(CCS)作為一種產(chǎn)品推向前臺，并已經(jīng)在部分地區(qū)進(jìn)行試點。

自然碳捕獲

　　地球形成之初，大氣層的主要成分是二氧化碳和甲烷，是個不適宜居住的星球。但自然改變了這一切。經(jīng)過數(shù)億年的時間，大部分二氧化碳都被“蓄碳池”體系所吸收。海水、綠色植被都是蓄碳池體系的組成部分?，F(xiàn)今地球的海水里充滿了遠(yuǎn)古時代的碳，其總量大約有35萬億噸。而經(jīng)過數(shù)千萬年的時間，地球上的原始森林也吸進(jìn)了數(shù)萬億噸的二氧化碳。被植物所捕獲到的大多數(shù)二氧化碳經(jīng)過數(shù)十億年的時間，都演變成更加固定的地質(zhì)形態(tài)，包括石灰石、頁巖，也包括煤炭、石油和天然氣等碳?xì)浠衔铩?br />　　直到大約500年前，這種自然碳捕獲的過程都進(jìn)行得十分順利。碳的循環(huán)在當(dāng)時達(dá)到了一定的平衡：腐爛的植物或者火焰每排放一個二氧化碳分子，森林或海洋就會重新吸收一個同樣的分子。空氣中的二氧化碳濃度為百萬分之二百七十。
　　然而，從公元1500年開始，這種平衡被逐漸打亂。由于農(nóng)業(yè)的發(fā)展和對木材的需要耗盡了森林，地球吸進(jìn)碳的能力逐步下降。更為重要的是，對能源需求貪得無厭的工業(yè)革命引發(fā)了碳?xì)浠衔锶紵康捏E增，從而扭轉(zhuǎn)了數(shù)億年來碳儲存的平衡。從18世紀(jì)末以來，人為的二氧化碳排放量已經(jīng)從微不足道的每年1億噸上升到每年63億噸，大約比生物圈所能吸收的量多了一倍。由于每年進(jìn)入大氣層中的碳量比被捕獲的碳量多出32億噸左右，所以大氣層中碳的聚集量開始上升，增加到了現(xiàn)在的每百萬分之三百八十以上。
　　皮尤全球氣候研究中心研究員本•普雷斯頓說：“即使人類今天停止了所有二氧化碳的排放，那么我們還得等上兩三個世紀(jì)的時間，才能等到自然界的蓄碳池將已經(jīng)在大氣層中多余的二氧化碳吸收掉，讓二氧化碳的聚集量恢復(fù)到工業(yè)化以前的水平。”
　　在這種背景下，人類開始了人為碳捕獲與封存技術(shù)的嘗試。

碳捕獲與封存

　　二氧化碳捕獲和封存技術(shù)在具體實踐中同樣分為“碳捕獲”和“碳封存”兩個步驟進(jìn)行。對于碳捕獲而言，人們現(xiàn)在已經(jīng)掌握了三種主要的技術(shù)路徑：燃燒后捕獲(post-combustion)、燃燒前捕獲(pre-combustion)和富氧燃燒捕獲(oxyfuel-combustion)。
　　燃燒后捕獲是指從化石燃料燃燒后產(chǎn)生的廢氣中采用液體溶劑和加熱的方式將二氧化碳分離出來。而燃燒前捕獲則是首先將化石燃料轉(zhuǎn)化為氫氣和二氧化碳的混合氣體，然后二氧化碳被液體溶劑或固體吸附劑吸收，再通過加熱或減壓得以釋放和集中。
　　與燃燒后捕獲相比，燃料前捕獲中碳的壓力和濃度均相對較高。這使得碳的分離更為容易，同時也提供了進(jìn)一步應(yīng)用新型碳捕獲技術(shù)的可能性。而如今正在實驗室或試點項目中小規(guī)模使用的富氧燃燒技術(shù)，同樣涉及燃料燃燒過程，但不同之處在于助燃劑是氧氣而非空氣。其燃燒后的廢氣也主要由水蒸氣和高濃度的二氧化碳構(gòu)成。
　　碳埋存技術(shù)的現(xiàn)實應(yīng)用則需要首先尋找到適宜封存二氧化碳并使其與大氣完全隔絕的地質(zhì)層。而從地質(zhì)學(xué)角度看，實際上有三類地質(zhì)層均能用來埋存二氧化碳，其中最具吸引力的當(dāng)屬現(xiàn)有的油田和氣田。基于人們對產(chǎn)油層和產(chǎn)氣層的地質(zhì)概況的深入了解，油田和氣田已被證實可以容納碳?xì)浠衔铩６匾氖?，將二氧化碳回注油田能顯著提高油田采收率多達(dá)5%至15%，并可相應(yīng)地延長油井生產(chǎn)壽命——這種“化腐朽為神奇”之術(shù)實質(zhì)上已成功地幫助了不少產(chǎn)量日減的油田得以增產(chǎn)延壽。
　　第二類地質(zhì)層是不含碳?xì)浠衔锏娜﹂](一種能阻止油氣繼續(xù)運移并能在其中聚集的場所)，但它具有和含油層、含氣層和煤層類似的結(jié)構(gòu)。
　　第三種就是底水-深度蓄水鹽層，由于鹽層的分布面積廣大，因而被推舉為一種長久的碳埋存解決方案。

（來源：中國慶華集團(tuán)規(guī)劃發(fā)展部 王瑗 轉(zhuǎn)載整理）