封存二氧化碳能否有助于减排温室气体

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1、封存二氧化碳能否有助于减排温室气体Moem hh xpaHeHue gByoKucu yraepogacoge荷CTBOBaTb coKpaweHug Bbi6pocoBnapHUKOBbix ra3OB?翻译：宋清；校对：苑惠明引言化石燃料供应全世界能源的75% 80%，占全球CO2排放量的四分之三。依 照预测，如果人类不采取具体措施，把人 为影响气候减小到最低限度，那么化石燃 料燃烧排放CO2的规模在21世纪将会扩 大。由此产生的后果，即全球气温上升 1.45.8C，气候变化和自然灾害数量的增 加，会对后代产生不利的影响。最近几十年，需要人类发挥聪明才智 才能稳定或减少CO2和其他温室气体

2、的全 球排放量。幸好，2001年发表的MF3HK 第三份评估报告得出结论，现有的限制排 放方法是有效的，如果在相关战略中对其 加强，到本世纪末就能稳定温室气体的大 气浓度到标准值，限制气候的未来变化。任何一项技术均不能单独完成这项任 务，因此必须综合利用。很多最有发展前 景的技术通过提高某些生产过程和产品的 能效，或把太阳能、风能和无碳能源转化 成适于利用的能量，在解决这个问题中将 做出贡献。然而考虑到近十几年石油、煤和天然 气依然是首要能源这个事实，政府和工厂 代表同样也在研究可以用来减少使用这类 燃料产生的CO2排放的技术，其中之一称 做“co2捕集与封存”，缩写为yxy （俄 语），已众

3、所周知。这项技术可用于大型稳 定点污染源，如在热电站和工厂，从而可 防止促使气候变化的co2排放到大气中。为了更多地了解这项技术的潜力，联 合国气候变化框架公约成员国请MF3HK 评估CO2捕集和封存领域的现有认识水 平。作为回应，MF3HK邀请了来自30个 不同国家的近100名专家来准备关于 CO2捕集和封存的MF3HK专项报告。2005年9月，大多数专家和政府代表分析 了准备好的报告文本，并修订完成。报告 在12月份每年的公约代表会议上向成员 国政府提交。联合国环境规划署（gHEn）准备了 现行的简明信息手册，以更明确和通俗的 形式为广大读者提供了在报告中所论述的 技术方案。CO2捕集和封

4、存CO2捕集和封存技术包括CO2排放到 大气之前的捕集、运输到安全地点并与大 气隔离，如在地质建造中封存。1捕集co2应该把CO2与燃烧或处理过程中产生 的其他气体分离，然后压缩和净化，以便 尽可能地简化其运输和封存。在工业生产 过程中生成的一些气流，如在净化天然气 或生产氨气的过程中产生的气体，非常纯 净，没有其他的杂质。在燃烧过程中产生的CO2,特别是发 电过程中生成的CO2可以通过采用三个制 定系统方案的其中一项的进行捕集。燃烧 后的捕集系统可以使用有机溶剂把CO2与 其他废气分离。燃烧前的捕集系统采用蒸汽、空气或 氧气预先处理原始燃料。因此形成的一氧 化碳在反应槽的第二个塔中与水蒸气发

5、生 反应，形成了用来产生能量或热量的氢， 同时还有被分离和捕集的co2。这两项技术在市场上已应用了几十 年，目的不同，但相似。目前预先和随后 的捕集系统可以保障捕集所产生的85 95%co2。但是因为要实施yxy需要增加 10%40%的能量，而被称作CO2 “预防 排放”的净容积达到80%90%。第三个捕集系统称为氧燃料燃烧系 统，因为燃烧燃料时用氧替代空气。结果 是废气中主要含有水蒸气和co2。水蒸气 是用冷却和压缩气流的方法分离的。这项 技术暂时还处于试验示范的阶段，可以捕 集在燃烧过程中实际产生的全部C02,但 是需要制氧和清除污染物，如硫和一氧化 氮的气体处理附加系统，这样使co2“预

6、防 排放”总水平降低到大约90%。原料:H业生产过程，1瞄后蜘卜二塑化靛*工业分斯气化廉It化石类燃料*产品压靠二虬化碰-cd-分离或气和二罢化推捕集系统示意图2 C02运输除了当排放源离封存地点很近时，必 须要运输C02。有几个运输方法。高浓度co2气流可以通过管道在高压 状态下进行安全输送。从1970年代初期开 始采用管道输送，到目前已成为输送C02 的主要方法。在美国，如大部分位于得克 萨斯州的、在提高石油产出率项目中使用 的co2输送管道系统的总长度达到了 2500多千米。气体管道在远离海岸区，经 过人口稠密地区、山川和河流铺设煤气管 道的成本非常高。采用经常运输液化石油天然气的油船

7、液态方法同样可以运输co2。采用油灌车 或带有恒温装置的油罐货车中运输C02技 术上可以实现，但是不经济。3 C02封存从经济和生态观点出发，地质建造是 封存co2可以采用的最合适的方法，特别 是如果考虑到在石油和天然气工业中已积 累的经验。可以利用已在石油和天然气开采领域使用的多种钻探技术和监测方法把 压缩的CO2放置在地表下疏松岩石建造 中。油气田、深部咸水层和废弃煤层是 co2封存的三个主要的地质建造。一般情 况下，封存地点深度应该超过800米，此 处CO2在高压和高温的情况下可呈现液 态。1废弃细气丘2悚用二斩化崔挥高名滴和天热气回梁率3 S!部盅水皿枸盆酊瓶洋区域h）籍岸区城4-使用

8、二埼化碳握高煤的甲愤开肇率-再iffi或天然气开采 法人曲-氧化藻 管存成二0化曜图2地质封存方案示意图潜在的地质封存地在世界各地都有， 如深海和陆地。根据专家的评估，封存CO2 的空间总容量变化范围很大，不过封存 co2完全足够，相当于co2几十年、甚至 是上百年的排放量（以目前的水平计算）。 除此之外，还有大部分运行的热电厂和其 他点污染源，其分布在离潜在的天然储层 地区不到300千米的地方。虽然现有地质储库，“大概”对于未来 明显减排CO2是足够的，但其实际的容量 暂时还未确定。这对于一些经济急速发展 的地区，如南亚和东亚是非常典型的。通过固定的管道或从船舶向深水下的 海洋深处注入捕集的

9、CO2也成为封存CO2 的一种方法。作为可选方法之一，可将co2 放置在3000多米深的海底，在此CO2将 比水的密度大。然而这些工艺技术暂时还 处在研究阶段，没有进行大规模的试验， 也可能会对海洋环境产生不利的影响。通过CO2的化学转化变为无机矿物碳 酸盐来保障有效长久封存CO2的技术目前 还处于研究阶段。其中某些方法进行了小 规模的示范。然而对于实现这些技术必须 要大量的能量和矿物原料。为了可以把这 些技术当做可以实现的封存CO2的方案， 需要对方案进行一系列的修改。最后可以说，从技术方面看在化学工业 过程中使用捕集的CO2是可行的，然而这 种方法减少CO2排放量的潜能非常小。潜在用户yx

10、y三个主要组成环节：捕集、运输 和封存一已单独使用。目前，CO2通常是 在净化其他工业气体，如天然气或氨气时排放。然而从2005年中期已经进行了三个 商业方案，包含三个组成环节，目的是限 制CO2排放到大气中（见插入部分）。一些大型co2点源将成为未来yxy 的主要潜在用户。这根本不是如最初所指 的：在热电站，工厂和其他大型的污染源 的排放量约占全球温室气体排放量的 60%，这都是燃烧化石燃料形成的。这些 特征用于确定作为采用yxy技术最好的 任意候选源，如下叙述：剧定管道漂浮的啧克液志二轼化兼图3海洋封存方案示意图大规模。CO2捕集系统目前暂时 仅在一些小企业采用，最近几年甚至几十 年在一些

11、较大工厂用于附加检测。然而很 明显的是，越大的企业，经济规模就越大, 因采用yxy工艺技术每吨co2“预防排 放”的成本就越低。在世界各地有很多人申 请采用yxy工艺技术，然而有4个特别 值得关注的地区:北美洲的东部和中西部、 欧洲西北部、中国东部沿海地区和南亚地 区。大型发电站和工厂的数量在2050年前 的这段时间会大规模的增加，最有可能的 是在东亚和南亚地区。高浓度的CO2。比较纯净的CO2 排放从经济角度看是更有利的。然而绝大 多数潜在排放源所排放的CO2气体流的浓 度不超过15%。所有使用化石燃料的工业 排放源中有不到2%所产生的CO2气体流 的浓度超过95%。这些排放源对于yxy 具

12、有最初级的潜能，因为这种情况下捕集 CO2需要脱水和压缩。分布在封存地点附近。总体上， 全世界主要污染源和设想的封存地点的潜 在关系是比较不错的：多数的排放源直接 分布在潜在的埋藏地或离埋藏地不到300 千米的上方。前三个yxy的方案为了避免挪威征收（沿岸工程项目产 生）的co2排放税，挪威国家石油公司 “CmaTo讪”在离海岸线250千米远的北部 海域建立了“CneftnHepX程项目。从“西 -CnennHep ”天然气田中开采的天然气含有 的CO2浓度为90%，先从主要的天然气流中分离，然后注入位于在海底下方约800 米深处的大范围盐土群系中。注入CO2的 工作从1996年10月开始。2

13、005年初期以 一昼夜2700吨的强度注入了 700万立方米 的CO2。预计在拟定方案存在时将弃置总 计2000万吨的CO2。借助CO2技术增加石油开采量 的 *3访6epHCK词”工程项目位于 “YHnnHCTOHCKHH 盆地一地质构造中，从 加拿大中心南部横贯延伸到美国地区。CO2从位于美国地区北达科他州 Y3H6epHa南部大约325千米处的达科他州 煤气公司工厂输送到埋藏地点附近。工厂 从煤中制取煤气的目的是生产合成的天然 气（沼气）并获取作为副产品的比较纯净 的CO2气体。然后把CO2气体干燥、压缩 并通过管道输送到加拿大用于Y3HH6epHa 油田，在此为了提高石油开采率向含油层

14、 注入CO2。“Y3H6epHCKHH工程计划利用 CO2 15年，然后安全封存。采用高分辨率地震 勘探和地表监测全方位监测封存地。目前 在地表或在近地表层还没有任何CO2泄露 的迹象。在阿尔及利亚撒哈拉中部的 WH-Canaxa区的天然气开采工程是阿尔及 利亚国家石油和天然气公司、英国石油公 司和挪威国家石油公司共同合作的项目。 在WH-Canaxa区的Kpem6天然气田，从一 些地质矿床开采的天然气中CO2的含量达 到10%。为了符合供应的技术条件，这种 气体在经过专门的处理和除去CO2以后用 来供应欧洲市场。从2004年4月份开始，通过三个钻孔 把CO2注入到埋深1800米深处的储层。

15、在项目实施期间，打算在这些地质储存地 注入近1，700万吨的CO2。预计在天然气 区枯竭以后注入的CO2将会迁移到天然气 田区。通过应用地震和其他数据完成了油 田的三维绘图。可以获得的利益对于从事研究必须解决最复杂和最艰 巨的温室气体减排或限排任务政策的专家 来说，yxy技术可以保证两个潜在的好处。 首先，这项技术可扩大其现有的方案种类， 给予其巨大的潜能和更多的操作灵活性。其 次，可减少采用减轻影响措施的总费用。以模拟预测为基础完成的一系列研究 表明，使用yxy与其他技术方法结合，如与 提高能量的转换效率、向低碳燃料类型过渡 和更加广泛地使用再生能源，可以很明显地 降低用于稳定大气中co2浓

16、度的费用。根据这些研究，在今后100年内yxy技 术能够降低减缓气候变化后果的费用。除此 之外，yxy系统以广泛采用的技术形成了如 核能和再生能源一样强有竞争力的系统。yxy有利的方面之一在于，其可以补充 和简化采用其他潜在的重要技术，这些技术 可以长期地减少co2排放。例如，这些技术 可以在co2低排放或零排放的从含碳燃料中 制氢的企业里采用，和在使用生物质能的大 型系统中采用，这些系统将装备yxy技术， 这样可引起co2排放的“负平衡”，因为稳定 培养的生物量可把co2从大气中分离出来。考虑到这些技术有竞争能力的价格和 大概的封存空间容量，利用yxy技术的地质 储层可承担所减少排放量总体积

17、的很大一 部分（1555%），必须到2100年前完成以 稳定大气中温室气体的浓度。这相当于 220-2200极亿吨的C 02。yxy的技术可以在任何时候向大型发 电厂、工业企业主人和操作员提供限制温室 气体排放的经济有效的方法。但是迄今政府 暂时还没有实施针对气候变化的国家战略， 来规定征收相应的co2排放税，这样对一部 分操作员将没有任何促进因素来使用这些 可减缓气候变化影响的技术。所有进行的调 查指出，大规模地使用yxy系统（其他许多 减缓措施）必会得到推广，直到制定出向大 气限排温室气体的清晰战略为止。没有这些 促进因素，yxy技术的潜能有限。费用MF3HK报告中指出，实施yxy技术的

18、当前和未来费用的评估具有明显不确定性。 费用通常包括捕集和压缩气体的成本。这些 和其他的费用将不仅取决于具体所使用的 yxy系统，其中包括封存方法和运输距离， 而且还取决于这些参数，如构造、运营、投 资、规模和生产主体的位置，以及在其所使 用的燃料的种类和成本。在当前条件下发电成本大约为0.04 0.06美元/千瓦时。在采用现代yxy技术的情 况下，根据估算其成本增加0.010.05美元/ 千瓦时。然而，用增加石油开采率技术中的 收入来部分补偿yxy技术的费用，其发电成 本大约可以降低0.010.02美元/千瓦时。通过把yxy技术与其他技术方案进行 比较在减排co2应该注意到，对于生产同等 数

19、量的电能，yxy系统必须需要1040%的 附加能量。yxy系统“预防排放”每吨co2 的成本变化范围比较大。目前可以揭示这项 技术的大部分潜能。在这种情况下，实施该 项技术比提高能源使用效率的许多其他方 法的费用要高，但比建议使用太阳能的多数 方案费用要低。在设计新的工业工程时采用yxy系统 的资金影响评估可对所选的工程类型有所 影响。yxy可以和目前的技术相结合后所采 用，例如，煤粉或天然气燃烧发电的混合循 环（KHnr）。虽然如此，如果在新研究的技 术中含有yxy，附加费用将比较低，例如， 煤炭内循环汽化发电混合循环（khb）或 燃烧前提取co2的制氢工艺。为了采用yxy 系统，虽然大多数

20、运行的工厂可以在采用 yxy系统的程序中重新装备，但是用于此的 所有费用将比建造带有yxy系统的新工厂 的费用要高。由于技术的发展并取得了经济成果，这 是由生产规模的发展所决定的，在未来的十 年内用于yxy的费用将会很大程度地降低 2030%。从另一方面，化石燃料价格的普 遍提高可导致yxy系统成本的增加。与非能源行业采用的yxy系统的费用 可能会比与在热电站采用yxy系统的耗能 低。在利用生物质能的工厂采用yxy系统的 价格非常高，因为当前这些工业目标的规模 还比较小。风险和壁垒除涉及到的技术和费用问题外，yxy技 术潜在的使用者必须要表达这样的愿望，即 在卫生、安全、生态和权利领域研究与其

21、相 关的问题，并了解这方面的社会评价。下面 叙述必须要排除的主要壁垒和风险：在捕集、运输和封存时的气体泄 漏。co2从捕集装置和管道泄漏可能对工人 和生活在附近的居民形成潜在危险，可能出 现石油天然气工业和煤气管道典型的各种 事故。空气中。02含量超过710 %对有机体 的影响是给人的生命和健康造成直接的危 险。但是这些事故的发生概率是比较低的。还存在co2从地质储库中泄漏的 危险。此外，C02缓慢的泄漏促使气候变化， 可对植物和动物造成危害。然而，如果仔细 认真地选择封存储库和使用更好的现有技 术，那么这些泄漏的机率将会变低。如果说 到世界水平，那么所选良好的地质建造大约 可保存99%以上的

22、所封存的C02一千多年。 整体来说，封存C02造成的风险可以同目前 现有的类似工业活动造成的风险相比，例 如，地下储存天然气和提高石油开采率技 术。海洋深处封存气体对环境的影 响。向海洋深处注入。02可给海洋动植物群 带来危害。虽然海洋化学成分变化的长期生 态影响这方面不清楚，但注入大量的C02可 能会引起海洋的局部氧化和对海洋有机体 和生态系统造成不利的影响。在权利和规范控制问题方面缺 乏说服力。至于向海洋深处或海底下方注入 C02的合理性，那么在这项方案中存在一系 列的不确定性，所以目前在一系列国际条约 框架内正在对这个问题进行讨论。必须同样 确定适于气候变化框架协议和京都议定书 的、对y

23、xy系统进行登记的相应规则和方 法。一些国家已经通过了国家立法或严格规 定在地质储层封存气体的规范管理的基本 原则。潜在的法律问题包括在发生事故或泄 漏情况下的责任问题和分布在地质埋藏区 上方土地的业主的所有权问题。社会疑虑。目前广泛的社会界对 yxy技术的反应不是很好。到目前进行的一 些研究证实，社会对这项技术的反应热情比 对其他方案技术的要低，如提高能耗效应和 使用可再生能源。不明确的还有，社会对 yxy技术的反应，其他减排方案和在气候变 化方面的更多问题，何时更好地报道yxy技 术问题。结论：yxy系统的未来在MF3HK报告中得出结论，yxy系统 在技术上是可以实现的，在本世纪内对减排

24、温室气体可起到非常重要的作用。然而在开 始大范围地采用yxy技术之前，必须要解决 一系列的问题。首先，最初必须要仔细地对这项技术进 行完善。虽然yxy的个别环节是经过周密考 虑的，但必须把其所有环节都列入电力的大 规模整体方案中。这些方案可以显示，这项 技术在实际的规模中多少有效果，充实yxy 系统的知识和获取使用工作经验。为了分析 封存储层运营经费和评估信息很少地区的 潜力必须进行辅助调查。除此以外，必须继续制定相关的法律和事如意!规范基础，包括一致的评估和计算C O2“预防 排放”容积的方法，以及将来有可能出现的 泄漏。在下次修定MF3HK制定的指导性纲 要时要对yxy系统进行研究，为了对

25、那些加 入温室气条约国给予帮助。促进问题非常严重。只有当实施该方 案期间每吨CO2排放价格超过2530美元 （按2002年美元汇率）时，除具有最大潜 能的发电部门以外，yxy系统将得到广泛 利用。只有制定出限排。2的相应国家政策 CO2排放的价格才可以确定。在京都议定书中对于发展中国家定量 减排最终指标没有规定，必须重新通过共同 的方案使其了解yxy技术，如欧盟和中国关 于建造装备yxy系统工厂的新提议，或（如 果yxy对于实现这个目标是可以接受的）通 过了清洁发展机制。在这种情况下将必须研 究制定使用yxy技术减排的计算统计规则， 建立必要的推动机制。如果所有这些条件都可以实现，那么从 任何一项肩负限制向大气排放温室气体的 重要制度开始启用时起，在能源部门yxy系 统才能完全发挥作用。为了完全地实现这项 技术的经济潜能，必须将在全球建立几百 个，甚至几千个yxy系统。根据大多数的稳定大气中co2浓度到 2100年的实施方案，大多数的yxy系统应该 在本世纪上半叶开始运营，但其较大的部分 应该还是在本世纪下半叶建立。专家在文献 中表达的一致意见证实，yxy系统可以成为 各行业战略和工艺技术的重要组成，这对于 用最少的费用成功地解决气候变化的问题 是很需要的。文档可能无法思考全面，请浏览后 下载，另外祝您生活愉快，工作顺利，万