這是一些看不見、摸不著、聞不到的氣體,但是毋庸置疑,它和我們每個人息息相關。
二氧化碳,正被認為是地球溫室效應的罪魁禍首之一。10月28日,參加中國首屆節能產業化發展研討會的北京工業大學環境能源研究院院長、傳熱強化與過程節能教育部重點實驗室主任馬重芳告訴《中國經濟周刊》,地球溫度上升的幅度應該控制在2℃之內,但和工業革命時期相比,目前已經上升了0.8℃;大氣中二氧化碳的濃度不能超過450ppm,但目前也已經達到387ppm,“并且在以每年2ppm的速度上升。”
以一個成年人每天排出將近1000克二氧化碳計,毫無疑問,50多億的地球人口正在為溫室效應做著“巨大貢獻”。
但即便這樣,人類排出二氧化碳的總量仍然比不上燃燒煤礦石等的排放。這讓人類試圖將自己制造的二氧化碳趕回地下。碳捕捉和儲存(CCS)技術也在近年成為連政治家都感冒的話題。
“碳捕捉和儲存技術真的是負責任的嗎?”一些專家提出了質疑。
煤炭最“臟”
天然氣更清潔
權威數據顯示,按照目前的技術水平,煤炭發電平均每度就要排放大約1000克二氧化碳,僅美國的發電廠每年二氧化碳排放量就達到15億噸。這使得煤炭成為最“臟”的礦石能源。“70%的碳排放都是礦石燃料產生的。”英國可再生能源有限公司首席代表張殿軍告訴《中國經濟周刊》。
煤電占全球發電的2/3,并將繼續在世界能源組合中占有重要地位。國際主流意見認為,目前全世界的煤炭儲量至少還可以支持100年,煤電廠在短時期內很難被淘汰。
“尤其在中國,煤炭更是不可替代的能源。”據國際能源機構(IEA)估計,中國的煤電廠排放的二氧化碳占了全世界煤電廠排放量的38%,而且這個數字還在不斷增加。但是如果改用天然氣發電,平均每度電只排放大約500克二氧化碳,只有煤發電的一半。
馬重芳告訴《中國經濟周刊》,為了把大氣升溫幅度控制在2℃以內,全球溫室氣體排放總量必須在2050年時降低到1990年水平的一半。而根據IEA的估算,為了達到上述目標,最廉價的方式就是培養消費者的節能意識,“但我們目前仍然在以高碳生活方式生活著,比如白熾燈依然在用,人走不關燈的現象也隨處可見。”張殿軍說。其次是提高能源效率,上述兩種方式加起來估計可以實現減排目標的50%,剩下的50%就必須另辟蹊徑。
在中國,根據“十一五規劃”的要求,到2010年中國的能效將在2005年的基礎上提高20%。而中國的能源使用效率每提高1個百分點,就意味著將減少3.3億噸標準煤的能源消耗。
把二氧化碳埋回地下?
其實,在碳捕捉和儲存(CCS)技術被人們廣泛關注、奉為“地球救星”之前,二氧化碳的回收已在民間有所應用。
上世紀70年代,為了提高石油的采收率,美國得州的油田曾將二氧化碳注入地下。上世紀90年代,挪威人把二氧化碳打入已開采過的油氣田,將殘存的油氣擠出來,延長油氣田的使用壽命。
中國南方的一家生產高純度食用酒精的公司把紅薯、玉米發酵時產生的二氧化碳進行回收,回收率達70%左右。回收的二氧化碳,一年能生產液態二氧化碳4萬多噸,每噸能賣600元左右。這不僅減少了二氧化碳排放,也給公司帶來了豐厚的收入。
2005年,“政府間氣候變化委員會”(IPCC)總結說,碳捕獲和儲存技術在遏制氣候變化方面可能發揮重要作用。之后,在各國政府和能源公司的資助下,將這一技術推向實用化的整個工業就開始發展起來。
根據IPCC調查,全球大概有9300多億噸的二氧化碳可以埋藏到油田中,相當于2050年全球累積排放量的45%。據預計,如果“碳捕捉和儲存”技術能夠全面應用,就能夠把全球二氧化碳的排放量減少20%~40%。
與此同時,二氧化碳埋到油田中,還有望帶來額外的石油資源。美國能源部發布的一份報告顯示,目前美國剩余的石油可采儲量為200億桶,如果采用二氧化碳注入提高可采儲量的話,其儲量最多可增加至1600億桶。
記者了解到,目前捕捉后的二氧化碳封存手段分為“地質封存”和“海洋封存”兩種。適合封存二氧化碳的地質結構包括油田、氣田、咸水層、無法開采的煤礦等。據IPCC研究表明,二氧化碳性質穩定,若地質封存點經過謹慎選擇、設計與管理,注入其中的二氧化碳99%可封存上千年。
成本高昂、安全性待查
把收集到的二氧化碳埋起來,就能達到徹底減排的目的——碳捕捉和儲存,看起來很美。但北京一位節能專家郭瑜(化名)告訴《中國經濟周刊》,碳捕捉和儲存是一項原理簡單、運行復雜的技術,使用起來相當昂貴,而且具有高耗能和泄漏的風險。
“美國目前發一度電需要5美分,如果實施碳捕捉,就還要增加3.5美分,和再生能源相比一點都不便宜。”郭瑜說,“我們把石油和煤炭開采出來了,然后再把數以億萬噸的二氧化碳留給子孫?且不說二氧化碳目前的保存技術是否成熟,一種足以引起窒息的氣體存放在地下和海底,我們怎么保證多年以后的安全性?”
據悉,目前全世界已勘探出的埋存地點有很多,比如擁有豐富油田和天然氣田的中國東北,以及東海、南海區域。但儲存的關鍵是防泄露。“二氧化碳必須依靠地層的壓力維持液體狀態,否則就會揮發到空氣中。”郭瑜介紹說。
媒體報道稱,華能北京高碑店熱電廠是我國目前唯一在熱電廠實現工業級應用碳捕集技術的項目。該項目于去年7月開始運行。
該熱電廠每年約排放400萬噸二氧化碳,碳捕集系統能夠捕集其中的0.075%,約3000噸,而捕集能耗占電廠能耗則在30%以上。顯然,其捕集的二氧化碳并不多,“幾乎不到1%”。而與此同時,二氧化碳捕集裝置的能耗一般又都比較高,耗資比較大。
以30萬千瓦規模的電站、一年捕集100萬噸二氧化碳為例,一旦加上CCS裝置,幾乎要增加一倍以上的投資。同時,電價成本大概要提高20%到30%。“誰來承擔成本,而且要長期承擔?”華能西安熱工研究院二氧化碳控制與減排研究所所長黃斌所在的單位為此提供技術支持,但他依然對高昂的成本難題感到困惑。
“華能在天津的綠色煤電項目里有碳捕捉,所占比例極小,目前尚未正式動工。”張殿軍告訴《中國經濟周刊》,“而大唐準備在煙臺設立的碳捕捉項目則無疾而終了。”
“甚至國外有實施該項目的地區還遭到了當地居民的強烈反對。”張殿軍說。
中國需求最多?
盡管成本高昂、安全性待查,但中國卻被認為最需要這些技術。
“之所以華能能夠進行該技術的操作和實施,真的是因為他們很有錢。”一位業內人士告訴《中國經濟周刊》。
“目前在中國的8億千瓦電力裝機中,火電裝機的比例達到了3/4,其中蘊含的新能源商機,使中國成為各國研究該技術的企業覬覦已久的巨大市場。”該人士說。
綠色和平氣候與能源項目經理楊愛倫曾經指出,目前在碳捕捉和儲存技術處于尚未成型的階段,即使有為數不多幾個項目處于商業運行,其主要應用方向還是產油國公司將二氧化碳注入地下,以求擴大石油產量。歐洲國家有很多應對氣候變化的方法,之所以投入巨資發展CCS技術,他們的理由是“中國需要,中國有很多的煤電廠”。
各國專家的游說也理由很多,比如,“通常,捕捉一噸碳的成本約60美元。但在中國,預計成本可能降至40美元/噸”、“煤電在中國電力結構中占極高比例,找到一種更清潔地使用煤炭的技術對中國而言意義重大”。
科技部長萬鋼在第三屆“碳封存領導人論壇”部長級會議后接受媒體采訪時亦表示,碳捕捉技術比較成熟,而碳儲存技術的應用前景和安全性等還有待考慮。不過,目前可以考慮對捕捉到的二氧化碳進行資源化利用,以促進相關技術的發展。
“政治家、學者、商人和科技工作者的話都要聽背景。”郭瑜說,比如布什父子和石油深厚的背景使得他們并不熱衷碳捕捉和儲存,而是熱衷搞清潔燃料電池,因為這對石油的威脅要小。而其他人的說法,也一定要搞清楚他背后的利益集團是誰。“有關能源的每一個問題都面臨巨大的爭執。碳捕捉和儲存的技術并不成熟,而花費同樣的錢就可以開發可再生能源。所以我們做的時候一定要保持清醒的頭腦,因為這涉及到國家和國家之間的博弈,企業和企業之間的競爭。”
“中國是煤炭大國,正因為有了煤炭才保證了國家的能源安全。”郭瑜說,“如何實現低碳社會的轉型是政府和企業正在努力做的事。但是一定要清醒認識到的是,別人沒有義務告訴你這些技術到底好不好,所以誤判的后果只能自己承擔。”
誰在推動碳捕捉和儲存
德國政府內閣今年3月通過了允許實施“碳捕捉和封存”的法規,從而為相關的能源企業開發無污染新型煤炭火力發電站和實施二氧化碳地下儲存明確了法律依據。
2009年英國能源和氣候變化部發布的“清潔煤炭計劃草案”就明確提出,英國境內以煤炭為燃料的火電廠必須具備碳捕獲和封存技術(CCS)。
加拿大首個完整的CCS項目——“先鋒項目”建成后,將成為世界最大,也是首個擁有整套地下存儲系統的碳收集和封存工程。
國有電力公司中國華能首次試驗了碳收集技術,并認為此次試驗取得了成功。目前,華能公司通過向飲料公司出售添加到飲料中增加氣泡的二氧化碳盈利。
《美國清潔能源安全法案》批準每年投資10億美元,供新建立的燃煤發電站進行碳捕捉。
為了發展CCS技術,兩家波蘭公司為歐盟相關撥款展開了競爭。化肥生產商ZAK和發電公司PKE都計劃將他們提案中涉及到的工廠排放的碳全部收集處理。