CO2捕集與封存是碳中和的關(guān)鍵嗎?
點擊次數(shù):421次 更新時間:2024/6/5
【關(guān)閉】
歐盟委員會態(tài)度堅定:碳捕集與封存(CCS)將在應(yīng)對氣候變化的斗爭中發(fā)揮關(guān)鍵作用。但是CCS是如何工作的呢?這項技術(shù)有多普及?它的道路上有什么障礙?CNRS(法國國家科學(xué)研究中心The National Center for Scientific Research)新聞將帶來詳細(xì)報道。(本文最初發(fā)表于法國國家科學(xué)研究中心期刊《科學(xué)研究》第16期(法文))歐盟委員會(European Commission)于2024年2月初發(fā)布了一份報告,為歐洲工業(yè)碳管理制定了廣泛的指導(dǎo)方針,其中的核心信息之一是,如果我們要將全球變暖限制在1.5°C,我們將不得不依賴于CO2的捕集和封存。據(jù)歐盟委員會稱,到2040年,碳捕集與封存(CCS)將是每年從大氣中去除約2.8億噸CO2的關(guān)鍵,到2050年,這一數(shù)字將上升至約4.5億噸。這表明,歐盟對這種做法有多么依賴。然而,問題在于,正如幾天后發(fā)表在《自然》雜志上的一篇文章所指出的那樣,歐盟對這項技術(shù)的依賴并非沒有危險。這是有充分理由的:CCS的推廣遇到了許多障礙。全球碳項目(一個旨在量化全球溫室氣體排放及其原因的組織)發(fā)布的2023年報告估計,人類活動(工業(yè)、交通、供暖等)造成的CO2排放量每年約為400億噸。CO2是導(dǎo)致全球變暖的主要溫室氣體,據(jù)政府間氣候變化專門委員會(IPCC)稱,氣溫上升超過2攝氏度將導(dǎo)致海平面大幅上升,洪水、風(fēng)暴和干旱等極端天氣事件更加頻繁。為了在2050年實現(xiàn)碳中和,IPCC重點關(guān)注兩個主要解決方案:首先,通過減少能源消耗來減少排放,更有效地利用能源,并逐步用零碳能源(太陽能、風(fēng)能、核能和潮汐能)取代大多數(shù)化石資源(石油、天然氣等):其次,從工業(yè)煙氣中去除CO2,甚至直接從空氣中去除。然而,后一種選擇正在努力起步——迄今為止最大的設(shè)施每年只能捕集4000噸CO2,與全球年排放量相比,這只是滄海一粟。然而,從煙道氣中直接去除碳,特別是生產(chǎn)各種材料所需的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的碳,情況并非如此。例如,水泥廠排放的CO2中有三分之一是由窯內(nèi)燃燒化石燃料產(chǎn)生的,其余三分之二是由水泥的主要原料石灰石的熱分解產(chǎn)生的。這些殘余排放物可以被許多天然碳匯捕集,如海洋、森林或泥炭地,它們通過光合作用的生化過程將CO2以有機(jī)物的形式封存起來。然而,這些生態(tài)系統(tǒng)只捕集了今天CO2排放量的一半以上,這已經(jīng)是一個巨大的數(shù)字了。但是,隨著氣候變化的加速,碳匯的效果可能會降低,特別是如果碳匯的表面積由于火災(zāi)、干旱以及自然和半自然土地被城市和其他人工開發(fā)(稱為“土地占用”)而縮小的話。因此需要人工捕集CO2。“盡管到2050年,天然碳匯將能夠減少80%的殘余排放,但大多數(shù)專家認(rèn)為,CCS將對剩余的20%至關(guān)重要,”參與CCS研究的南西(法國東北部)GeoRessources4實驗室的研究教授Jacques Pironon說。具體來說,CCS旨在直接從煙囪中捕集煙氣中所含的CO2,然后將其封存在地下。在實踐中,“CCS有三個主要階段:CO2的捕集、運(yùn)輸和封存,所有這些都基于特定的技術(shù)”,CO2俱樂部主席Florence Delprat-Jannaud解釋說,該俱樂部促進(jìn)了與CCS有關(guān)的行業(yè)和研究參與者之間的討論和倡議。迄今為止,有三種主要的CO2捕集方法!白畛墒斓氖侨紵,其目的是從燃燒產(chǎn)生的煙氣中提取CO2。能源公司IFP énergies Nouvelles的設(shè)計工藝工程師Florent Guillou說:“石油和天然氣行業(yè)已經(jīng)使用了一個世紀(jì)。在這種方法中,CO2被胺基溶劑吸收,這些化合物可以與氣體結(jié)合。第二種方法是燃燒前捕集,“包括在燃料燃燒之前從燃料中去除CO2。這是通過將可燃物轉(zhuǎn)化為由一氧化碳和其他氣體組成的合成氣,然后注入蒸汽,以便將部分能源轉(zhuǎn)化為CO2,同時產(chǎn)生額外的氫氣來實現(xiàn)的。最后,第三種方法是通過富氧燃燒捕集CO2,這是一種在需要燃燒的工業(yè)過程中使用純氧而不是空氣來燃燒燃料的技術(shù)。Florent Guillou解釋說:“這產(chǎn)生的煙道氣幾乎只含有CO2和水蒸氣,這很容易分離!Florence Delprat-Jannaud補(bǔ)充說,為了運(yùn)輸捕集的CO2,“氣體被液化以減少其體積,然后通過管道、船舶、火車或卡車運(yùn)送到封存地點”。接下來是封存階段,“可以在深度超過800米的各種地下結(jié)構(gòu)中進(jìn)行,例如深層咸水含水層(多孔,滲透性巖石的床,飽和了不適合飲用的鹽水),枯竭的油氣田,以及玄武巖和橄欖巖等火成巖”。對于Jacques Pironon來說,“以前的油田或氣田是最容易實施的選擇,因為CO2可以通過現(xiàn)有的井注入。此外,幾十年來,石油工業(yè)一直在使用提高采收率的方法,即在油藏生命周期結(jié)束時向油藏中注入CO2,以降低碳?xì)浠衔锏恼扯,從而更容易地回收它們!比欢,F(xiàn)lorence Delprat-Jannaud強(qiáng)調(diào),“含鹽水層的數(shù)量要多得多,并提供了最大的封存能力”。據(jù)政府間氣候變化專門委員會稱,這些地質(zhì)構(gòu)造可能包含全球1萬億噸CO2,足以封存未來幾個世紀(jì)我們排放的所有CO2。至于火成巖,“它們通過將CO2礦化成碳酸鹽提供了長期的封存能力,換句話說,與深鹽水層需要數(shù)十萬年的時間相比,巖石在短短幾年內(nèi)就能迅速凝固和穩(wěn)定”,正在研究這一選擇的科學(xué)環(huán)境圖盧茲實驗室的研究教授Pascale Bénézeth指出。事實上,CCS并不是一項新技術(shù)!白20世紀(jì)90年代以來,歐洲已經(jīng)支持了大量的試點研究項目,”Jacques Pironon說,他在2010年代初幫助評估了世界上第一個CO2捕集、運(yùn)輸和封存的綜合產(chǎn)業(yè)鏈,在舊大陸的試驗工廠進(jìn)行了測試,該工廠由TotalEnergy在法國西南部拉克的工業(yè)基地開發(fā)!敖裉,全球共有41個全鏈CCS項目。更好的是,歐洲首個商業(yè)運(yùn)輸和封存計劃將很快啟動并運(yùn)行:挪威的北極光計劃從2024年起每年在北海封存150萬噸CO2,從2026年起增加到500萬噸,”Florence Delprat-Jannaud高興地說。然而,她也發(fā)出了警告:“全球每年僅捕集約4500萬噸CO2,而在十年的時間里,為了實現(xiàn)碳中和,需要捕集50到100倍的CO2!币虼,需要大規(guī)模部署CCS。例如,“以法國為例,其目標(biāo)是到2050年每年封存1500萬至2000萬噸CO2,所需的地點數(shù)量當(dāng)然取決于設(shè)施的容量,但以北極光項目的封存量為例,我們將需要大約10個這種類型的裝置。我們還必須將它們與交通基礎(chǔ)設(shè)施結(jié)合起來!比欢,不幸的是,CCS的部署受到許多障礙的阻礙。在2016年發(fā)表的一篇論文中,由澤維爾·阿諾德·德·薩特(Xavier Arnaud de Sartre)領(lǐng)導(dǎo)的一個研究小組,他是法國西南部圣保羅大學(xué)(Université de Pau)能源與環(huán)境轉(zhuǎn)型實驗室的研究教授,根據(jù)新聞文章和社會科學(xué)研究,通過研究大約10個歐洲儲能項目的具體案例,確定了幾種類型的障礙。一個有趣的發(fā)現(xiàn)是,CCS的部署受到人口接受度低的阻礙。研究人員指出:“然而,這個因素在延遲部署方面只起了很小的作用!眹穹磳Φ牟糠衷蚴,如果過快注入CO2,有可能引發(fā)地震,或有可能發(fā)生CO2泄漏!比欢鶕(jù)IPCC的說法,“地質(zhì)封存是可靠的,總泄漏率低于每年0.001%”。根據(jù)Xavier Arnaud de Sartre團(tuán)隊的說法,CCS困難的另一個來源是它不夠成熟。這位研究人員補(bǔ)充說:“在TRL(技術(shù)就緒水平)量表上,它評估一項技術(shù)的成熟度,直到它融入一個完整的系統(tǒng)并實現(xiàn)工業(yè)化,地質(zhì)封存的排名在6-7之間(滿分9分)!就捕集而言,“仍然需要提高現(xiàn)有技術(shù)的效率并降低其成本,特別是在能源消耗方面,”皮羅農(nóng)認(rèn)為。Florence Delprat-Jannaud指出,事實上,目前“使用CCS捕集、運(yùn)輸和封存每噸CO2的成本在80歐元到150歐元之間,而在歐洲市場上,每噸CO2的排放價值(如果超過授權(quán)限值,由工業(yè)運(yùn)營商支付)約為90歐元”。在封存方面,精確識別潛在儲層將是至關(guān)重要的。具體到火成巖選項,“挑戰(zhàn)在于在法國確定一個最初的試驗點。例如,盧旺達(dá)和新喀里多尼亞是需要評估的潛在目標(biāo)!卑屠璧厍蛭锢韺W(xué)院(IPGP)地球物理研究所的研究員伊莎貝爾·馬丁內(nèi)斯解釋說。
最后,Xavier Arnaud de Sartre和他的同事們的工作強(qiáng)調(diào)了減緩CCS部署的其他幾個主要障礙:“關(guān)于所使用的技術(shù)和發(fā)展戰(zhàn)略,各方缺乏共識:缺少一個經(jīng)濟(jì)模型來說明誰來支付封存費(fèi)用:最后,對CCS的政治承諾薄弱!标P(guān)于最后一點,該團(tuán)隊在目前正在發(fā)表的其他研究中得出結(jié)論,“由于法國的去工業(yè)化和核電提供的無碳能源的重大發(fā)展,國家在脫碳方面的投資很少”。然而,正如Florence Delprat-Jannaud指出的那樣,“為了應(yīng)對氣候變化,我們別無選擇:我們必須大規(guī)模部署CCS?禳c!”
來源: CCUS國家地方聯(lián)合工程研究中心