“捉拿”空氣

曹麗娜

捕捉二氧化碳看上去很美。

碳捕捉，就是捕捉釋放到大氣中的二氧化碳，壓縮之后，壓回到枯竭的油田和天然氣領(lǐng)域或者其他安全的地下場(chǎng)所。

如今，全世界各個(gè)國(guó)家研究二氧化碳捕集和封存的技術(shù)方興未艾、如火如荼。但6月19日，美國(guó)國(guó)家研究委員會(huì)的一項(xiàng)獨(dú)立研究發(fā)出警告，二氧化碳的排放導(dǎo)致溫室效應(yīng)，被認(rèn)為是引發(fā)全球變暖的一大重要原因，（CCS）有可能誘發(fā)更大的地震。

碳捕集與封存

(CCS）是指將大型發(fā)電廠、鋼鐵廠、化工廠等排放源產(chǎn)生的二氧化碳收集起來，并用各種方法儲(chǔ)存以避免其排放到大氣中的一種技術(shù)。 CCS技術(shù)包括二氧化碳捕集、運(yùn)輸以及封存三個(gè)環(huán)節(jié)，它可以使單位發(fā)電碳排放減少85%-90%。

這項(xiàng)技術(shù)的研究可以追溯至1975年，當(dāng)時(shí)的美國(guó)將二氧化碳注入地下以提高石油開采率，但將它作為一項(xiàng)存儲(chǔ)二氧化碳以減少溫室氣體排放的環(huán)保工程，則開始于1989年的麻省理工大學(xué)，直至近年來，這項(xiàng)技術(shù)得到更多的重視和研究，它被認(rèn)為是一種可以減少空氣中二氧化碳濃度的方法。目前，據(jù)專家介紹，從技術(shù)層面來說，應(yīng)用于碳的捕集、運(yùn)輸以及封存的各項(xiàng)技術(shù)其實(shí)都是已有的、成熟的，只不過在此前并未應(yīng)用于CCS方向，問題主要存在于現(xiàn)有發(fā)電廠的改造以及新建發(fā)電廠的技術(shù)和資金投入。

二氧化碳的捕集方式主要有三種：燃燒前捕集（Pre-combustion）、富氧燃燒（Oxy-fuel combustion）和燃燒后捕集（Post-combustion）。無論哪種捕集方法，簡(jiǎn)而言之是將燃煤發(fā)電廠產(chǎn)生的氣體收集起來，經(jīng)過脫硫、氮氧化物等等制備后，將二氧化碳分離并收集起來。

二氧化碳運(yùn)輸，捕集到的二氧化碳必須運(yùn)輸?shù)胶线m的地點(diǎn)進(jìn)行封存，可以使用汽車、火車、輪船以及管道來進(jìn)行運(yùn)輸。一般說來，管道是最經(jīng)濟(jì)的運(yùn)輸方式。 2008年，美國(guó)約有 5800千米的二氧化碳管道，這些管道大都用以將二氧化碳運(yùn)輸?shù)接吞?，注入地下油層以提高石油采收率（Enhanced Oil Recovery，EOR）。

“捉拿”技術(shù)各顯千秋

2010年7月，由我國(guó)安徽理工大學(xué)張明旭教授帶領(lǐng)的科研團(tuán)隊(duì)在實(shí)驗(yàn)室小試裝置成功的基礎(chǔ)上，自行設(shè)計(jì)和建造的利用稀氨水捕集二氧化碳中試裝置在安徽淮化集團(tuán)實(shí)現(xiàn)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，并順利生產(chǎn)出了首批合格的碳酸氫銨產(chǎn)品。該裝置具有常溫、常壓、一次吸收和反應(yīng)、能耗低、工藝簡(jiǎn)單、安全穩(wěn)定等顯著特點(diǎn)。該裝置通過氨法對(duì)煙道氣中的二氧化碳進(jìn)行捕集和吸收，每小時(shí)可處理煙道氣1000立方米左右，煙道氣中的二氧化碳脫除效率達(dá)80％以上，減排二氧化碳超過110立方米（煙道氣中二氧化碳濃度按13%計(jì)算）以上，每小時(shí)可生產(chǎn)碳酸氫銨肥料270公斤左右。該技術(shù)的研究開發(fā)既可以減少二氧化碳排放，保護(hù)環(huán)境，又可使污染物變廢為寶。

今年2月，美國(guó)一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)一種具有八角形孔窗的天然沸石尤其擅長(zhǎng)捕捉二氧化碳的行蹤，在效率和經(jīng)濟(jì)上遠(yuǎn)勝于目前的工業(yè)洗滌器。沸石是一種礦石，其晶格中存在很多大小均一的通道和空腔，一克沸石孔穴和通道的內(nèi)表面積可達(dá)500平方米到1000平方米，這種沸石每立方厘米的小孔足可吸附0.31克的二氧化碳。由此可以吸取或過濾大小不同的分子，并可重復(fù)使用幾百次，是過濾、擦洗含許多雜質(zhì)氣體的混合氣體中有害分子的理想選擇，也在化學(xué)工業(yè)中被廣泛應(yīng)用于催化劑和過濾器。

挪威在5月份，啟用了世界上規(guī)模最大的碳捕獲和儲(chǔ)存（CCS）技術(shù)發(fā)展設(shè)施。由挪威政府投資10億美元（約為63億元人民幣）資助的蒙斯塔德技術(shù)中心將測(cè)試兩種燃燒后碳捕獲技術(shù)，一種以胺為基礎(chǔ)，另外一種以冷凍的氨溶劑為基礎(chǔ)。該設(shè)施的獨(dú)特之處在于，它可以測(cè)試來自附近兩個(gè)地點(diǎn)的廢氣——一個(gè)280兆瓦的熱電聯(lián)產(chǎn)工廠和每年產(chǎn)生1000萬噸排放的蒙斯塔德煉油廠。它們制造的煙氣里二氧化碳的含量各不同，分別約為3.5％和13％。

6月份，英國(guó)研究人員研發(fā)出一種新型多孔材料，這種材料中的孔洞就像一個(gè)個(gè)“籠子”。諾丁漢大學(xué)等機(jī)構(gòu)研究人員在英國(guó)《自然?材料》雜志上報(bào)告說，這是一種名為NOTT－202a的新材料。如果把空氣壓入這種多孔材料之中，大部分氣體如氮?dú)?、氧氣、氫氣和甲烷等隨后可以從“籠子”中出來，唯獨(dú)二氧化碳會(huì)被留下，鎖在“籠子”中。

碳捕的爭(zhēng)議

二氧化碳的排放導(dǎo)致溫室效應(yīng)，被認(rèn)為是引發(fā)全球變暖的一大重要原因。6月19日，美國(guó)國(guó)家研究委員會(huì)的一項(xiàng)獨(dú)立研究發(fā)出警告，二氧化碳捕獲與封存（CCS）風(fēng)險(xiǎn)太大，地下封存有可能誘發(fā)更大的地震。該研究已發(fā)表在最新一期美國(guó)《國(guó)家科學(xué)院院刊》上。

地球物理和環(huán)境地球系統(tǒng)科學(xué)部門教授馬克和史蒂文?戈雷利克發(fā)表文章說：“將大量的二氧化碳注入大陸內(nèi)部常見的脆性巖石當(dāng)中會(huì)高概率地觸發(fā)地震。而且即使是小到中等規(guī)模的地震都會(huì)威脅到二氧化碳庫(kù)密封的完整性，在此背景下，大規(guī)模的實(shí)施CCS可能是一個(gè)具有高風(fēng)險(xiǎn)且不會(huì)顯著減少溫室氣體排放的戰(zhàn)略。”

美國(guó)國(guó)家研究委員會(huì)指出，CCS將涉及長(zhǎng)時(shí)間注入地下最大量的流體，可能會(huì)導(dǎo)致更大的地震。CCS需要地下泄漏率每千年小于1％，以達(dá)到可再生能源相同的氣候效益。而近年來在美國(guó)注入到地下的污水已經(jīng)與發(fā)生小到中級(jí)的地震有所關(guān)聯(lián)。理由之一是，早在1960年，科羅拉多州就有明顯例證；另外的例子出現(xiàn)在去年阿肯色州和俄亥俄州。如果試圖將二氧化碳封存地層數(shù)百年到數(shù)千萬年，引發(fā)類似規(guī)模的地震可能性將相當(dāng)大。

環(huán)保組織地球之友的一份報(bào)告指出：以英國(guó)為中心的碳抵消行業(yè)有著數(shù)十億美元的交易量，但這個(gè)行業(yè)并沒有起到降低全球溫室氣體排放的作用。碳抵消計(jì)劃的問題在于，它減少的溫室氣體比科學(xué)家所說的避免災(zāi)難性氣候變化所需的量要小的多。如果是這樣的話，抵消計(jì)劃就不可能夠推行，也不能夠計(jì)算清楚一項(xiàng)計(jì)劃究竟能夠減少多少碳排放。

他們發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)在向海底重注入的二氧化碳的速度越來越快，因此懷疑有一天它們很可能會(huì)泄露出來。1986年喀麥隆曾經(jīng)由于地震，引發(fā)120萬噸二氧化碳從尼奧斯湖中泄露出來，導(dǎo)致1700人死亡。

另外一份名為《碳捕捉技術(shù)無法令炭變潔凈》(Carbon Capture Cant Make Coal Clean)的報(bào)告指出：煤炭，它現(xiàn)在不會(huì)，也永遠(yuǎn)不可能被凈化。這份報(bào)告還指出了目前存在的一些問題：每捕獲一噸二氧化碳的成本大約在70美元，卻最多只能捕獲90%的二氧化碳排放量。它需要很多的能源來完成去碳工作。也就是說，你必須再多消耗25%的煤炭才能將原先產(chǎn)生的二氧化碳去除。此外，最后你仍然不得不面對(duì)幾噸含有二氧化碳的冷凍氨。比如，阿爾斯通電力公司和威斯康新能源公司進(jìn)行了一個(gè)示范項(xiàng)目：用冷氨法從鍋爐煙氣中吸收二氧化碳以展示碳捕集技術(shù)的可行性。這一項(xiàng)目已無故障地連續(xù)運(yùn)營(yíng)了4600多個(gè)小時(shí)，并在過去的一年里捕獲了超過18,000噸的二氧化碳。但是，由于這只是示范性項(xiàng)目，所以阿爾斯通電力公司沒有對(duì)二氧化碳進(jìn)行任何處理，就將它和其他的鍋爐煙氣重新放回了煙囪。