CCS：煤炭依賴的補(bǔ)救之路

自然資源保護(hù)委員會(huì)

為了避免氣候變化的最壞結(jié)果，世界必須努力減排，到2050年至少要在1990年的水平上減排50%，這樣才能讓平均氣溫的上升幅度，限制在比前工業(yè)化時(shí)期高2攝氏度或以內(nèi)。近來(lái)的若干研究都發(fā)現(xiàn)，即使現(xiàn)在我們完全停止排放，也肯定會(huì)超過(guò)這個(gè)限度。

2010年3月15日,皇明太陽(yáng)能股份有限公司董事長(zhǎng)黃鳴對(duì)外宣布，位于中國(guó)太陽(yáng)城山東德州的“中國(guó)太陽(yáng)谷”已初具規(guī)模。2010年第四屆世界太陽(yáng)城大會(huì)將在中國(guó)太陽(yáng)谷舉行，根據(jù)規(guī)劃，中國(guó)太陽(yáng)谷將被打造成世界級(jí)可再生能源研發(fā)檢測(cè)中心。 攝影/阿靜/CFP

要實(shí)現(xiàn)緊迫的減排目標(biāo)，只靠提高能效、擴(kuò)大可再生能源利用，以及加強(qiáng)自然碳吸收等常規(guī)手段是不夠的?？紤]到目前世界對(duì)化石燃料的嚴(yán)重依賴，中美等一些國(guó)家必須實(shí)施更廣泛的碳減緩戰(zhàn)略，其中就包括碳捕獲與封存（CCS）。

CCS技術(shù)的三個(gè)要素（捕獲、運(yùn)輸和隔離），在商業(yè)上都已成熟，但主要都被用于其他目的，而非CCS本身。由于缺乏明確的國(guó)家氣候政策來(lái)限制二氧化碳排放，現(xiàn)在已經(jīng)開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)的大型CCS項(xiàng)目寥寥無(wú)幾。

CCS技術(shù)要運(yùn)用于意義重大的減排，就亟需大型綜合項(xiàng)目來(lái)積累運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，降低成本。從特定工業(yè)設(shè)施中獲取高純二氧化碳廢物，降低了CCS示范項(xiàng)目的成本，從而使得目標(biāo)更容易實(shí)現(xiàn)。據(jù)聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化專門委員會(huì)的估計(jì)，到2100年CCS在累計(jì)碳減排中的貢獻(xiàn)率可以達(dá)到15%到55%。

到2020年，中國(guó)的水力發(fā)電量將是美國(guó)的四倍，風(fēng)力發(fā)電是美國(guó)的兩倍，太陽(yáng)能發(fā)電量和美國(guó)一樣大，但和煤炭消費(fèi)比起來(lái)，這些可再生能源仍然只占很小一部分。

CCS對(duì)中國(guó)來(lái)說(shuō)尤為重要。盡管中國(guó)在水電、風(fēng)能、太陽(yáng)能與核能方面已經(jīng)取得顯著進(jìn)步，但其70%的能源依然要靠煤炭。到2020年，中國(guó)的水力發(fā)電量將是美國(guó)的四倍，風(fēng)力發(fā)電是美國(guó)的兩倍，太陽(yáng)能發(fā)電量和美國(guó)一樣大，但和煤炭消費(fèi)比起來(lái)，這些可再生能源仍然只占很小一部分。

國(guó)家發(fā)改委能源研究所研究員姜克雋和同事稱，中國(guó)已經(jīng)采取一系列節(jié)能減排措施，包括切實(shí)行動(dòng)限制能源密集型產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，用稅收政策鼓勵(lì)提高能效和節(jié)約能源，政府大力支持可再生能源及核能發(fā)展，以及提高工業(yè)生產(chǎn)中的能效標(biāo)準(zhǔn)。

盡管如此，他們預(yù)測(cè)到2030年煤炭在中國(guó)能源需求中所占的比例仍然過(guò)半。不過(guò)，在如此宏大的政策之下，中國(guó)的煤炭消耗將在2020年達(dá)到峰值，然后將逐漸下降，直到2050年。盡管煤炭消耗減少了，但如果沒(méi)有CCS，中國(guó)化石燃料造成的二氧化碳排放不會(huì)減少，只會(huì)保持穩(wěn)定。

中國(guó)的地質(zhì)封存潛力非常大。中美研究者已經(jīng)確認(rèn)了超過(guò)1600個(gè)大型二氧化碳點(diǎn)源，其中有91%距離未來(lái)的地質(zhì)封存地點(diǎn)只有或者不到160公里，一半以上就在候選封存地點(diǎn)上空。

中國(guó)現(xiàn)有的185座大型氨、氫和環(huán)氧乙烷生產(chǎn)設(shè)施，每年產(chǎn)生的高純度二氧化碳至少有1.3億噸，其中的四分之三都位于候選封存地點(diǎn)80公里范圍之內(nèi)。根據(jù)清華大學(xué)和普林斯頓大學(xué)的一項(xiàng)共同研究顯示，如果中國(guó)規(guī)劃中的氨、甲醇和液烴生產(chǎn)設(shè)施全部投入使用，每年的高純二氧化碳排放量將達(dá)到2.08億噸。

研究還稱，由于高純二氧化碳的封存跳過(guò)了混合氣體分離的工序，針對(duì)這些點(diǎn)源的CCS的成本在每噸10美元到20美元（68元到137元）之間，比通常對(duì)發(fā)電廠的逾期成本要低。

中國(guó)科學(xué)院巖土力學(xué)研究所的李小春和魏寧與美國(guó)西北太平洋國(guó)家實(shí)驗(yàn)室合作，撰寫并公布的初步流域評(píng)估報(bào)告指出，中國(guó)深部含鹽水層構(gòu)造理論上的二氧化碳封存能力可以達(dá)到3.066億噸，是2005年中國(guó)二氧化碳總排放量的450倍。但是，如果把其他因素考慮進(jìn)去，實(shí)際上的封存能力就要小多了。所謂的其他因素就是內(nèi)射性（即二氧化碳在不破壞構(gòu)造情況下注入封存地所需的比例和壓力）、冠巖緊密性、封存構(gòu)造大小、斷層風(fēng)險(xiǎn)、管理、基礎(chǔ)設(shè)施約束和經(jīng)濟(jì)狀況等。

中國(guó)的大型二氧化碳點(diǎn)源中有五分之二位于油氣田周邊80公里范圍之內(nèi)，另外據(jù)估計(jì)中國(guó)16個(gè)陸地油田和3個(gè)海上油田通過(guò)EOR方式增加的產(chǎn)量可以達(dá)到70億桶，這是中國(guó)目前年石油消費(fèi)量的2.5倍。

盡管中國(guó)的沉積盆地?cái)?shù)量眾多，但其地質(zhì)構(gòu)造卻是全世界最復(fù)雜的，存在無(wú)數(shù)小型斷層以及劇烈的斷層活動(dòng)。這些特征導(dǎo)致了封存構(gòu)造面臨復(fù)雜的地質(zhì)問(wèn)題，必須因地制宜地進(jìn)行具體研究，確定各個(gè)封存地點(diǎn)的特征，才能保證CCS技術(shù)的成功應(yīng)用。

據(jù)估計(jì)，中國(guó)通過(guò)二氧化碳—提高采收率法采油(EOR)和采氣(EGR) 的二氧化碳達(dá)到100億噸。況且，對(duì)油氣田的評(píng)估也是在流域?qū)用嫔线M(jìn)行的，研究者們利用現(xiàn)成的油氣田所在地信息，只能得到較粗略的封存區(qū)域方案。與深部含鹽水層不同，整體上油氣田的地質(zhì)構(gòu)造更加精細(xì)和具體。

山東德州中國(guó)太陽(yáng)谷基地零排放示范樓 攝影/章軻/CFP

山東德州中國(guó)太陽(yáng)谷基地玻璃測(cè)試房 攝影/章軻/CFP

據(jù)中國(guó)科學(xué)院巖土力學(xué)研究所和美國(guó)西北太平洋國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的聯(lián)合研究表明，中國(guó)的大型二氧化碳點(diǎn)源中有五分之二位于油氣田周邊80公里范圍之內(nèi)，另外據(jù)估計(jì)中國(guó)16個(gè)陸地油田和3個(gè)海上油田通過(guò)EOR方式增加的產(chǎn)量可以達(dá)到70億桶，這是中國(guó)目前年石油消費(fèi)量的2.5倍。

二氧化碳源頭和封存地點(diǎn)之間的近距離，再加上EOR生產(chǎn)可能帶來(lái)的巨大收益，使得江漢地區(qū)成為一個(gè)近期CCS項(xiàng)目的熱門候選地。

中國(guó)中南部的江漢油田周邊50到150公里范圍之內(nèi)，有很多制氨工廠，每年生產(chǎn)化肥所排放的二氧化碳超過(guò)400萬(wàn)噸。二氧化碳源頭和封存地點(diǎn)之間的近距離，再加上EOR生產(chǎn)可能帶來(lái)的巨大收益，使得江漢地區(qū)成為一個(gè)近期CCS項(xiàng)目的熱門候選地。

四川江油氣田生產(chǎn)的原天然氣中含有酸性氣體，主要是二氧化碳和硫化氫，必須予以清除。而25公里之外的江油市有好幾個(gè)大型低濃度二氧化碳工業(yè)點(diǎn)源。因此，這里具備低成本CCS示范項(xiàng)目的良好條件，低濃度工業(yè)二氧化碳不經(jīng)捕獲就可以與酸性氣體混合起來(lái)用于EGR生產(chǎn)。

中國(guó)最大的電力生產(chǎn)商——華能集團(tuán)將是中國(guó)第一個(gè)商業(yè)規(guī)模的IGCC設(shè)施，預(yù)計(jì)于2012到2013年投入運(yùn)營(yíng)。屆時(shí)每年可以捕獲2.5到3萬(wàn)噸二氧化碳，2017年則可以進(jìn)一步提高。這個(gè)裝機(jī)容量25萬(wàn)千瓦的IGCC發(fā)電廠正在天津附近的渤海灣中建設(shè)。

中國(guó)電力投資集團(tuán)公司提出在北京附近的廊坊建一個(gè)IGCC設(shè)施，屆時(shí)它可以捕獲附近兩個(gè)48.8萬(wàn)千瓦發(fā)電廠產(chǎn)生的合成氣（即各種比例的二氧化碳與氫氣的混合氣體）中8%的二氧化碳。1公里之外就有一個(gè)油田，通過(guò)EOR進(jìn)行封存成為該項(xiàng)目的最佳選擇?，F(xiàn)在這個(gè)項(xiàng)目正在等待政府的最后批準(zhǔn)。

另外已經(jīng)提出并等待政府批準(zhǔn)的IGCC項(xiàng)目還有兩個(gè)，一個(gè)在廣東東莞，另一個(gè)在江蘇連云港。東莞的項(xiàng)目將修建4座20萬(wàn)千瓦的IGCC機(jī)組，100公里外就有兩個(gè)已經(jīng)采空的油田；連云港項(xiàng)目最終設(shè)計(jì)容量為120萬(wàn)千瓦IGCC和130萬(wàn)千瓦的超超臨界機(jī)組，這里距利蘇北油田也只有200公里。兩個(gè)項(xiàng)目都表示出對(duì)CCS與EOR相結(jié)合的興趣。

在中國(guó)，如果使用CCS，必須多燒25%的煤炭才能生產(chǎn)出同樣多的電力。對(duì)于第一座CCS電廠來(lái)說(shuō)，這個(gè)造價(jià)確實(shí)太高了，大家都在期待它能最終降下來(lái)。

中國(guó)進(jìn)行CCS示范的近期機(jī)會(huì)有很多，包括各個(gè)油氣盆地，它們利用高純二氧化碳或者混合廢氣來(lái)進(jìn)行EOR和EGR生產(chǎn)的前景非常光明?，F(xiàn)在建設(shè)中或正在規(guī)劃的整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)的項(xiàng)目有很多，這也表明了建立CCS試點(diǎn)項(xiàng)目的意向，比如內(nèi)蒙的神華煤炭直接液化廠。

中國(guó)最大的煤炭生產(chǎn)企業(yè)——神華集團(tuán)有一個(gè)中美合作項(xiàng)目，就是從鄂爾多斯盆地的煤炭直接液化工廠中收集高純度二氧化碳。該項(xiàng)目預(yù)計(jì)2010年或2011年投入運(yùn)轉(zhuǎn)，最終的純二氧化碳年處理量可以達(dá)到290萬(wàn)噸，大部分都將封存在附近的含鹽水層中。

要實(shí)施碳捕獲與封存（CCS），中國(guó)需要，同時(shí)也擁有必要的技術(shù)力量和充足的存儲(chǔ)空間。盡管如此，廣泛及時(shí)的應(yīng)用仍然面臨巨大的障礙。其中最主要的障礙有兩個(gè)：一個(gè)是高昂的資金成本，另一個(gè)是目前碳捕獲所需的巨大能源。二者相互關(guān)聯(lián)，減少能源損耗就會(huì)讓CCS的總成本下降。

根據(jù)卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)的學(xué)者愛(ài)德華·魯賓的研究，目前對(duì)一個(gè)新建的后燃燃煤電廠來(lái)說(shuō)，能源損耗在成本中的比例高達(dá)31%，整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)（IGCC）電廠的比例為16%。在中國(guó)，如果使用CCS，必須多燒25%的煤炭，才能生產(chǎn)出同樣多的電力。對(duì)于第一座CCS電廠來(lái)說(shuō)，這個(gè)造價(jià)確實(shí)太高了，大家都在期待它能最終降下來(lái)。

還有一點(diǎn)很重要，就是目前碳減排所依賴的首選辦法是提高能效、使用可再生能源和其他低成本的方式，CCS僅僅被當(dāng)做這些方式的補(bǔ)充而已。

技術(shù)進(jìn)步有望大大降低能源消耗，而且現(xiàn)在有很多研發(fā)努力正在中國(guó)內(nèi)外進(jìn)行，目的就是找到更高效廉價(jià)的碳捕獲方式?？v觀風(fēng)能和太陽(yáng)能等其他新興能源技術(shù)的歷史發(fā)展趨勢(shì)，我們也有理由感到樂(lè)觀。太陽(yáng)能光伏板、風(fēng)力發(fā)電機(jī)和天然氣發(fā)電機(jī)的成本一直在下降，裝機(jī)容量則在不斷增加。因此，研發(fā)和大規(guī)模的示范項(xiàng)目將有助于CCS成本的降低。

中國(guó)也開(kāi)始了自己的CCS研究，其中最為引人注目的是清華大學(xué)、浙江大學(xué)、中科院的幾個(gè)研究所以及中石化和華能集團(tuán)的研究機(jī)構(gòu)所進(jìn)行的工作。

在專門領(lǐng)域，國(guó)際上領(lǐng)先于中國(guó)的地方主要有三個(gè)：地下地質(zhì)工程、長(zhǎng)期監(jiān)控和檢驗(yàn)，以及遠(yuǎn)距離二氧化碳運(yùn)輸基礎(chǔ)設(shè)施。將近40年前，美國(guó)在德克薩斯州建立起第一個(gè)EOR項(xiàng)目，在這方面擁有無(wú)與倫比的經(jīng)驗(yàn)，因此美國(guó)應(yīng)該在中國(guó)的CCS發(fā)展中發(fā)揮重要作用。

聯(lián)合技術(shù)研發(fā)方面也可以進(jìn)行國(guó)際合作，比如去年奧巴馬總統(tǒng)訪華期間提出的中美清潔能源聯(lián)合研究中心。中國(guó)也開(kāi)始了自己的CCS研究，其中最為引人注目的是清華大學(xué)、浙江大學(xué)、中科院的幾個(gè)研究所以及中石化和華能集團(tuán)的研究機(jī)構(gòu)所進(jìn)行的工作。中國(guó)企業(yè)，如華能集團(tuán)核新奧集團(tuán)也開(kāi)發(fā)了煤炭液化技術(shù)，并與澳大利亞和美國(guó)開(kāi)展合作。

國(guó)際社會(huì)還能為中國(guó)提供建議，建立一個(gè)確保CCS項(xiàng)目安全和效率的管理系統(tǒng)。最初的示范項(xiàng)目在選址、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、環(huán)境影響評(píng)估和持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)方面的表現(xiàn)至關(guān)重要，因?yàn)槌跏脊ぷ魅绻麡?biāo)準(zhǔn)太低，就會(huì)讓整個(gè)技術(shù)陷入困境，應(yīng)用推廣也會(huì)減速。

由于中國(guó)在該領(lǐng)域還沒(méi)有一個(gè)全面性的管理系統(tǒng)，早期的示范項(xiàng)目尤其需要向工業(yè)化國(guó)家發(fā)展中的經(jīng)驗(yàn)和最佳實(shí)踐學(xué)習(xí)。歐盟和美國(guó)已經(jīng)開(kāi)始努力與中國(guó)分享其管理經(jīng)驗(yàn)。在這一點(diǎn)上，非政府組織同樣能做出卓越的貢獻(xiàn)，世界資源研究所和清華大學(xué)之間的合作就是一個(gè)典范。

對(duì)任何單獨(dú)的開(kāi)發(fā)者來(lái)說(shuō)，頭幾個(gè)大型示范項(xiàng)目注定是昂貴和“危險(xiǎn)”的，而且中國(guó)對(duì)于這個(gè)技術(shù)仍然存在廣泛的疑惑。

但是，僅有知識(shí)分享是不夠的。要在中國(guó)實(shí)現(xiàn)CCS產(chǎn)業(yè)的助動(dòng)啟動(dòng)，必須增加資金支援。對(duì)任何單獨(dú)的開(kāi)發(fā)者來(lái)說(shuō)，頭幾個(gè)大型示范項(xiàng)目注定是昂貴和“危險(xiǎn)”的，而且中國(guó)對(duì)于這個(gè)技術(shù)仍然存在廣泛的疑惑。因此，要在中國(guó)建立多個(gè)最初的示范項(xiàng)目，試驗(yàn)不同的捕獲技術(shù)和地質(zhì)構(gòu)造，國(guó)際資金援助至關(guān)重要。在這個(gè)碳緊縮的世界上，所有技術(shù)、政治和經(jīng)濟(jì)利益相關(guān)方都將從中受益。

對(duì)于CCS技術(shù)的應(yīng)用和改進(jìn)以及由此帶來(lái)的成本降低來(lái)說(shuō)，來(lái)自中國(guó)政府和國(guó)際資源的切實(shí)融資至關(guān)重要。目前需要大力財(cái)政支持的主要領(lǐng)域有三個(gè)：第一個(gè)是建立大型的綜合性項(xiàng)目來(lái)測(cè)試商業(yè)規(guī)模的技術(shù)、獲取經(jīng)驗(yàn)、弄清管理事項(xiàng)，以及培養(yǎng)人力資源。第二個(gè)是對(duì)海上盆地的碳封存能力進(jìn)行研究，以滿足缺乏陸上封存能力的東南沿海密集地區(qū)的需要。第三個(gè)是對(duì)中國(guó)主要的陸上沖積盆地進(jìn)行詳細(xì)的地下地質(zhì)評(píng)估，對(duì)現(xiàn)有的方法論去蕪存菁，作出更加精確的估測(cè)。要讓中國(guó)的CCS產(chǎn)業(yè)發(fā)展到也能夠進(jìn)行技術(shù)和專家出口的水平，還需要更深入的政策和經(jīng)濟(jì)驅(qū)動(dòng)，比如直接監(jiān)管、碳稅收和排放控制補(bǔ)貼等。

要減少碳足跡，中國(guó)需要包括CCS在內(nèi)的廣泛減緩措施。誠(chéng)然，要在中國(guó)發(fā)展CCS，眼前就有許多唾手可得的良機(jī)。但是這些機(jī)會(huì)是否能被把握住，就要看各國(guó)政府、國(guó)際機(jī)制以及企業(yè)之間合作努力的程度，是否能進(jìn)行有效而迅速的融資、能力建設(shè)以及技術(shù)和知識(shí)轉(zhuǎn)移。

這個(gè)合作的受益者不僅僅是中國(guó)，還有參與的各國(guó)，最終將是整個(gè)世界。