重歸史前？

陸 源

重歸史前？

陸 源

二氧化碳的排放量目前正以每年3%的速度增長，到2030年將達到每年120億噸，到本世紀(jì)末將超過200億噸。按這個速度來發(fā)展，到2100年，空氣中的二氧化碳的聚集量將達到百萬分之1100，整個地球的氣候條件將逐步接近史前年代。

聯(lián)合國邀各國元首說碳,面對碳關(guān)稅中國應(yīng)先動手。漫畫/楊威/CFP

這并非時下流行的穿越故事。

如果不能抑制二氧化碳的排放，地球的氣候?qū)⒂锌赡芑氐綌?shù)十億年以前的狀態(tài)：大氣層和金星的大氣層相類似，二氧化碳取代氮氣成為主要成分；溫室效應(yīng)造成的高溫，將不適合任何動物的生存，人類社會則將在這一進程中崩潰。

而造成這一切的主要原因，就在于人類的工業(yè)化進程使得碳的排放量已經(jīng)遠遠超過了自然體系捕獲碳的能力。

二氧化碳的排放量目前正以每年3%的速度增長，到2030年將達到每年120億噸，到本世紀(jì)末將超過200億噸。按這個速度來發(fā)展，到2100年，空氣中的二氧化碳的聚集量將達到百萬分之1100，整個地球的氣候條件將逐步接近史前年代。

如何才能阻止這一進程繼續(xù)發(fā)展下去？這真是個棘手的問題。作為補救措施之一，人類已經(jīng)開始嘗試將碳捕獲與封存(CCS)，作為一種服務(wù)產(chǎn)品推向前臺，并已經(jīng)在部分地區(qū)進行試點。也許，一切都還來得及。

自然碳捕獲

經(jīng)過數(shù)億年的時間，大部分二氧化碳都被“蓄碳池”體系所吸收。海水、綠色植被都是蓄碳池體系的組成部分。我們今天的海水里充滿了遠古時代的碳，其總量大約有35萬億噸。

數(shù)十億年前，到處彌漫著二氧化碳的地球可不是如今生機盎然的模樣，更不是個適宜居住的星球。

但自然改變了這一切。經(jīng)過數(shù)億年的時間，大部分二氧化碳都被“蓄碳池”體系所吸收。海水、綠色植被都是蓄碳池體系的組成部分。我們今天的海水里，充滿了遠古時代的碳，其總量大約有35萬億噸。而經(jīng)過數(shù)千萬年的時間，地球上的原始森林也吸進了數(shù)萬億噸的二氧化碳。

經(jīng)過數(shù)十億年的時間，被植物所捕獲到的大多數(shù)二氧化碳都以更加固定的地質(zhì)形態(tài)被“沒收”，其形態(tài)包括石灰石、頁巖，當(dāng)然還有煤炭、石油和天然氣等碳氫化合物。

直到大約500年前，這種捕獲碳的過程都進行得十分順利。植物已經(jīng)將大氣層中聚集的二氧化碳吸收得所剩無幾——在空氣中漂浮的二氧化碳濃度降低到每百萬分之270，從而極大地降低了溫室效應(yīng)。

對能源需求貪得無厭的工業(yè)革命引發(fā)了碳氫化合物燃燒量的驟增，從而事與愿違地扭轉(zhuǎn)了數(shù)億年來碳儲存的過程。

碳的循環(huán)在當(dāng)時達到了一定的平衡：腐爛的植物或者火焰每排放一個二氧化碳分子，森林或者海洋就會重新吸收一個同樣的分子。

事實上，當(dāng)時的碳循環(huán)過程進行得甚至有些超前：每年地球的自然過程，向大氣層中釋放大約2100億噸的二氧化碳，可是每年地球上的森林、大草原、熱帶叢林和海藻吸進了大約2130億噸的二氧化碳，這意味著每年有大約30億噸的“緩沖地帶”。

這個緩沖地帶足以消化任何由于森林大火、火山噴發(fā)，甚至是工業(yè)化前時代煙囪所產(chǎn)生的額外的二氧化碳排放量。

然而，從公元1500年開始，這種有利的趨勢開始減緩下來。由于農(nóng)業(yè)的發(fā)展和對木材的需要耗盡了森林，這個星球吸進碳的能力已經(jīng)下降。更為重要的是，對能源需求貪得無厭的工業(yè)革命引發(fā)了碳氫化合物燃燒量的驟增，從而事與愿違地扭轉(zhuǎn)了數(shù)億年來碳儲存的過程。

德國綠黨成員在巴伐利亞阿爾卑斯山區(qū)舉行會議，討論應(yīng)對氣候變化對策。攝影/JohannesSimon/GettyImages/CFP

從18世紀(jì)末以來，人為的二氧化碳排放量已經(jīng)從微不足道的每年1億噸上升到每年63億噸，大約比生物圈所能輕易吸收的量多了一倍。

從18世紀(jì)末以來，人為的二氧化碳排放量已經(jīng)從微不足道的每年1億噸上升到每年63億噸，大約比生物圈所能輕易吸收的量多了一倍。由于每年進入大氣層中的碳量比被捕獲的碳量多出32億噸左右，所以大氣層中碳的聚集量已經(jīng)開始上升，現(xiàn)在已經(jīng)超過了每百萬分之370。

皮烏全球氣候研究中心研究員本·普雷斯頓說：“即使人類今天停止了所有二氧化碳的排放，那么我們還得等上兩三個世紀(jì)的時間，才能等到自然界的蓄碳池將已經(jīng)在大氣層中多余二氧化碳吸收掉，并讓二氧化碳的聚集恢復(fù)到工業(yè)化以前的水平?！?/p>

人類想當(dāng)捕碳者

將能源工業(yè)和其他行業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的二氧化碳分離、搜集，并集中封存于地下數(shù)千米的地質(zhì)層中與大氣隔絕——這個充滿想象力的構(gòu)想，如今幾乎突破所有的技術(shù)障礙。

在這樣的背景下，人類開始嘗試自己進行碳捕獲與封存。

將能源工業(yè)和其他行業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的二氧化碳分離、搜集，并集中封存于地下數(shù)千米的地質(zhì)層中與大氣隔絕——這個充滿想象力的構(gòu)想，如今幾乎突破所有的技術(shù)障礙。

普林斯頓大學(xué)的兩位科學(xué)家RobertSocolow和StephenPacala在2004年發(fā)表的研究報告中指出，15項現(xiàn)有技術(shù)均可幫助人們在2054年以前實現(xiàn)每年減少10億噸的碳排放量，而碳捕獲與碳封存技術(shù)就是其中之一。

該技術(shù)可以將原本會被排放到大氣中90%的二氧化碳安全地捕獲并封存于地下，已被公認是大規(guī)模開發(fā)低碳能源和可持續(xù)使用化石燃料的關(guān)鍵。

“在CCS技術(shù)的價值鏈上，單個環(huán)節(jié)的技術(shù)是成熟的，但依然需要在示范項目，特別是煤電項目中測試整個系統(tǒng)，通過實踐來檢驗系統(tǒng)的綜合性能，并找到降低成本的方法?！?/p>

“我們認為，在CCS技術(shù)的價值鏈上，單個環(huán)節(jié)的技術(shù)是成熟的，但依然需要在示范項目，特別是煤電項目中測試整個系統(tǒng)。通過實踐，來檢驗系統(tǒng)的綜合性能，并找到降低成本的方法?！睔づ萍瘓F未來燃料與二氧化碳事務(wù)部二氧化碳政策總經(jīng)理沃爾夫?qū)ず５赂裾f。

二氧化碳捕獲和封存技術(shù)在具體實踐中同樣分為“碳捕獲”和“碳封存”兩個步驟進行。對于碳捕獲而言，人們現(xiàn)今已掌握了三種最主要的安全可行的技術(shù)路徑：燃燒后捕獲燃燒前捕獲和富氧燃燒捕獲。

其中，燃燒后捕獲是指，從化石燃料燃燒后產(chǎn)生的廢氣中，采用液體溶劑和加熱的方式將二氧化碳分離出來，而燃燒前捕獲則是，首先將化石燃料轉(zhuǎn)化為氫氣和二氧化碳的混合氣體，然后二氧化碳被液體溶劑或固體吸附劑吸收，再通過加熱或減壓，得以釋放和集中。

與燃燒后捕獲相比，燃料前捕獲中碳的壓力和濃度均相對較高——這使得碳的分離更為容易，同時也提供了進一步應(yīng)用新型碳捕獲技術(shù)的可能性。而如今正在實驗室或試點項目中小規(guī)模使用的富氧燃燒技術(shù)，同樣涉及燃料燃燒過程，但不同之處在于——助燃劑是氧氣而非空氣——燃燒后的廢氣也主要由水蒸氣和高濃度的二氧化碳構(gòu)成。

而從地質(zhì)學(xué)角度看，實際上有三類地質(zhì)層均能用來封存二氧化碳，其中最具吸引力的當(dāng)屬現(xiàn)有的油田和氣田。

碳封存技術(shù)的現(xiàn)實應(yīng)用則需要首先尋找到適宜封存二氧化碳并使其與大氣完全隔絕的地質(zhì)層。而從地質(zhì)學(xué)角度看，實際上有三類地質(zhì)層均能用來封存二氧化碳，其中最具吸引力的當(dāng)屬現(xiàn)有的油田和氣田。

基于人們對產(chǎn)油層和產(chǎn)氣層的地質(zhì)概況的深入了解，油田和氣田已被證實可以容納碳氫化合物。而更重要的是，將二氧化碳回注油田，能顯著提高油田采收率多達5%至15%，并可相應(yīng)地延長油井生產(chǎn)壽命——這種“化腐朽為神奇”之術(shù)，實質(zhì)上已成功地幫助了不少產(chǎn)量日減的油田得以增產(chǎn)延壽。

第二類地質(zhì)層是不含碳氫化合物的圈閉（一種能阻止油氣繼續(xù)運移，并能在其中聚集的場所），但它具有和含油層、含氣層和煤層類似的結(jié)構(gòu)。

第三種就是底水—深度蓄水鹽層，由于鹽層的分布面積廣大，因而被推舉為一種長久的碳封存解決方案。

CSS的財務(wù)風(fēng)險

到2030年，全球一次能源需求增長可達50%，化石燃料將繼續(xù)占據(jù)主導(dǎo)地位。屆時，全球的電力需求也預(yù)計將增長50%以上，并且大部分電力仍將是以煤炭為燃料生產(chǎn)的。

墨西哥坎昆國際機場，三名綠色和平組織成員裝扮成北極熊，呼吁社會關(guān)注全球氣候變暖。攝影/Greenpeace/GustavoGraf/CFP

CCS已經(jīng)引起了眾多能源公司的興趣。

對于這些支持CCS的能源公司而言，CCS可以保護煤炭等碳氫化合物不動產(chǎn)的價值，而后者正承受著巨大的減排壓力。

以化石燃料作為主要原料的發(fā)電業(yè)，是目前最大的二氧化碳氣體排放源，占能源行業(yè)碳排放總量的40%以上，而其中多達75%的排放更是來源于煤炭發(fā)電。在所有的化石燃料中，低廉的價格和豐富的儲量，使得煤炭成為了發(fā)電業(yè)所倚重的主要原料來源。

據(jù)國際能源署預(yù)測，到2030年，全球一次能源需求增長可達50%，化石燃料將繼續(xù)占據(jù)主導(dǎo)地位。屆時，全球的電力需求也預(yù)計將增長50%以上，并且大部分電力仍將是以煤炭為燃料生產(chǎn)的。

如果CCS得到大規(guī)模應(yīng)用，煤炭和天然氣等化石燃料原料將被轉(zhuǎn)換為氫氣和二氧化碳，氫氣用于大規(guī)模的清潔電力生產(chǎn)，而二氧化碳則通過碳捕獲項技術(shù)實現(xiàn)捕獲和集中，并注入油氣田以獲取額外油氣產(chǎn)量。

不過，CCS目前仍意味著是能源密集和成本高昂。在一個中型燃煤電廠，CCS會降低該廠整體能源效率約10%，并新增幾個億美元的投資成本，其存儲也將需要接受當(dāng)局和當(dāng)?shù)厣鐓^(qū)的規(guī)劃。這給CCS的商業(yè)化進程帶來了障礙。

“大型的CCS項目會面臨財務(wù)風(fēng)險，因為它們是長期投資?，F(xiàn)在，沒有經(jīng)濟回報來支持大規(guī)模運作CCS。政府應(yīng)當(dāng)出臺政策，保證CCS的投資回報?！焙５赂裾f。

來自碳捕獲與封存協(xié)會(CCSA)的JeffChapman也表示：“二氧化碳捕獲和封存技術(shù)并不存在技術(shù)障礙和實質(zhì)性障礙，眼前唯一需要的就是好的政策?！?/p>

（編輯/任紅）