李小春,魏宁,方志明,李琦.碳捕集与封存技术有助于提升我国的履约能力[J].中国科学院院刊,2010,(2):170-171.

李小春
中国科学院武汉岩土力学研究所


魏宁
中国科学院武汉岩土力学研究所


方志明
中国科学院武汉岩土力学研究所


李琦
中国科学院武汉岩土力学研究所

         全球季风;碳捕集与封存(CCS)

        根据国际能源署(IEA,2008)的统计数据,中国2006年能源消费导致的CO2排放量达56亿吨,占世界总量(280亿吨)的20%。而展望未来,快速的经济发展和以煤为主的能源结构将导致我国CO2排放量进一步增长,因此我国必将面临来自各方面越来越严峻的压力。

        碳捕集与封存技术

        有助于提升我国的履约能力　　

        

        根据国际能源署(IEA, 2008)的统计数据,中国2006年能源消费导致的CO2排放量达56亿吨,占世界总量(280亿吨)的20%。而展望未来,快速的经济发展和以煤为主的能源结构将导致我国CO2排放量进一步增长,因此我国必将面临来自各方面越来越严峻的压力。

        　　CO2减排主要有3种途径:节能增效、低碳能源利用、CO2捕集与封存。CO2捕集和封存(CCS)是将CO2从排放源中分离出来,输送到一个封存地点注入深部地层,使CO2长期与大气隔绝。我国理论封存容量为30 160亿吨,考虑到安全性、经济性等因素目前可利用容量只占其中的一小部分,即使这样CCS也可发挥长达一个世纪的作用(Li et al., 2009)。

        　　CCS大规模应用必须同时满足:大量的集中排放源及足够的封存容量。我国2007年末年排放量超过10万吨的集中排放源有1 623个,总排放量39亿吨(Li et al., 2009)。

        　　对我国CCS应用规模制约最大的是需求问题。从全球层面上看,CCS是必要的。在大气CO2稳定在450—750PPMV的前提下,成本最低的减缓方案组合中,CCS的减排贡献总量为2 200亿—22 000亿吨CO2,这意味着,CCS贡献了2100年以前世界累计减排量的15%—55%。大多数研究预测,将CCS纳入减缓组合会使全球减排成本降低30%或更多。总之,各种减排途径都有其潜力、技术及地域等方面的局限性,因地制宜、因时制宜的减排技术组合有助于降低减排成本,增强减排措施及能源政策的灵活性。目前李小春团队关于CCS对我国减排贡献度的定量研究还在进行中。但可以初步判断,在CCS最终进入碳交易市场之后,我国CCS实施规模主要受全球减排目标的左右,而与分配给我国的减排目标关系不大。我国在完成了自己的减排义务之后,可以通过出卖排放权获得收益。在碳排放权交易的环境中,减排成本是否低于交易价格才是决定性因素。

        　　那么,我国CCS的实施规模就取决于其相对成本。首先是通过节能增效及低碳能源利用进行减排的成本。在近期,CO2驱油(EOR)具有成本优势,技术也比较成熟。EOR具有48亿吨的封存容量(Li, et al., 2009)。部分油田若能直接利用高浓度排放气源(总排放量1.3亿吨/年,Li et al., 2009),是完全可以以负成本进行封存的。况且我国已有至少7个油田尝试过该技术,江苏油田曾注入过2.5万吨CO2,华东油田迄今已注入11万吨CO2。在远期,当能源效率提高到一定程度,利用条件较好的低碳能源开发到一定程度,随着碳交易价格的上涨,枯竭气田封存及含水层封存将开始大规模实施。其次是我国CCS成本很可能比国外低,理由是:我国资源国有的体制下施工准备期短;土地、劳动力、材料便宜;最有可能进口的是捕集设备,若能实现国产化,成本会大幅度降低。

        　　影响CCS大规模应用的另一因素是安全性问题,主要是封存CO2的泄露问题。从技术上看,往地下注入气体已有30多年的工业经验,目前全球有超过602座地下天然气储库、44个硫化氢与CO2处置场(IPCC,2005),108个注入CO2项目(国外油气技术研发动态,2008年第8期)。另外,我国已发现约30个天然CO2气田(李小春,2004),泰兴黄桥气田已探明储量达64×108m3(朱立华,2002)。这些事实说明,只要场地选择恰当,操作规范,监控严密及应急措施得当,CCS的安全性是可以得到保证的。

        　　综上所述,在节能增效及低碳能源充分运用仍不能达到减排目标的情况下,CCS作为一种“过渡”或“候补”技术有助于我国化石能源的可持续利用,提升我国的履约能力和碳交易市场占有率,应该进行相关技术与人才储备。基于此,我们建议:

        　　(1) 重点研发低成本、低能耗的煤基发电、煤转化、CO2捕集与封存。捕集技术主要瞄准燃煤发电、钢铁、水泥行业,因为其排放量占集中排放总量的95%(Li, et al., 2009)。

        　　(2) 研究适合我国陆相盆地的封存安全性保障技术。我国盆地多属陆相沉积型,又经历了反复的构造运动,因而地层渗透系数较低,连续性较差,非均质性较强。这不利于注入但有利于迟滞泄露,为了趋利避害,需要深入研究其封存机理、模拟方法与监控技术。含水层封存具有很大的减排潜力,研究重点应放在含水层封存方面。

        　　(3) 推进SOx、NOx、CO2捕集封存及非纯CO2封存等具有大幅度降低成本潜力和中国特色的技术研发。从降低气源要求出发,通过整套系统的优化,可能是大幅度降低成本和能耗的出路(李小春,2007)。

        　　(4) 推动CCS进入碳交易市场。促使发达国家做出资金支持及技术转移方面的安排,比如由发达国家出资设立CCS基金,用于向发展中国家提供CCS项目补助及购买技术。

        　　(5) 加强CCS战略研究。在技术层面,要把CCS放在我国能源结构、产业布局及地质条件的大环境中考察其地位、技术路线与障碍及解决方案;在社会层面上,要加强与CCS相关的研发体制与机制、监管与融资、碳交易模式、补助与技术转移、土地与空间利用权、基础设施建设等问题的研究。

        　　(6) 明确研发路线和目标,组织跨所、跨局的研发中心或组建院重点实验室,以增强研发工作的系统性、协调性及高效率。同时,要重视院地合作、院产合作及国际合作。