碳捕集和碳交易研究探討

夏 爽

(大唐環(huán)境產(chǎn)業(yè)集團(tuán)股份有限公司，北京 100097)

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碳捕集和碳交易研究探討

夏 爽

(大唐環(huán)境產(chǎn)業(yè)集團(tuán)股份有限公司，北京 100097)

歸納總結(jié)了碳捕集技術(shù)與碳交易的發(fā)展概況，針對各種技術(shù)和模式的優(yōu)缺點(diǎn)，闡述了直接在潔凈的空氣中捕集二氧化碳的思路，提出了進(jìn)一步規(guī)范碳交易規(guī)則，大力發(fā)展工業(yè)化種植技術(shù)的建議，旨在從根本上安全、低成本地解決固碳的技術(shù)難題。

碳捕集，碳交易，工業(yè)化種植，節(jié)能減排

0 引言

隨著全球變暖、氣候異常等問題的日趨嚴(yán)重，溫室氣體的減排越來越受到全世界的關(guān)注。經(jīng)過一段時間節(jié)能減排政策的深入實(shí)施，進(jìn)一步依靠提高能效達(dá)到碳減排的目的，在短期內(nèi)很難再次取得長足進(jìn)展，人們開始關(guān)注碳捕集、碳交易等相關(guān)技術(shù)。火電廠是燃燒排放二氧化碳的大戶，并且具有很高的代表性，在碳捕集方面已有多年的研究，目前碳捕集技術(shù)主要包括燃燒前捕集、燃燒后捕集、富氧燃燒三大類技術(shù)[1]。

1 現(xiàn)有主流碳捕集技術(shù)

1.1 燃燒前捕集技術(shù)

燃燒前捕集技術(shù)的主要原理是，先將化石燃料轉(zhuǎn)化為二氧化碳和氫氣，分離其中的二氧化碳后再將潔凈的氫氣進(jìn)行燃燒發(fā)電。該技術(shù)的缺點(diǎn)是需要耗費(fèi)能量將固態(tài)或者液態(tài)燃料轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)，同時預(yù)先將碳元素轉(zhuǎn)變?yōu)槎趸家矊p失凈發(fā)電量。

1.2 富氧燃燒技術(shù)

富氧燃燒技術(shù)的主要思路是，控制并循環(huán)使用煙氣，通過在燃燒前補(bǔ)充純氧使其恢復(fù)爐內(nèi)助燃的能力，在煙氣不斷的循環(huán)過程中，二氧化碳含量逐步提高，氮?dú)獾暮恐鸩浇档?，最終形成只有二氧化碳和補(bǔ)充進(jìn)入的氧氣被循環(huán)使用，簡化了碳捕集的難度，同時降低了氮氧化物的生成量。該技術(shù)的缺點(diǎn)是需要對大部分燃燒發(fā)電設(shè)備進(jìn)行改造，投資較大，控制難度高，還需要經(jīng)過長期的研究和發(fā)展。

1.3 燃燒后捕集技術(shù)

燃燒后捕集技術(shù)主要包括吸收法、吸附法和冷凝法，此類技術(shù)不必對送風(fēng)等發(fā)電設(shè)備進(jìn)行大規(guī)模改造，更加適合于現(xiàn)有燃煤電廠，煙氣經(jīng)過正常脫硫、脫硝、除塵后即可進(jìn)行碳捕集處理。但該技術(shù)目前還沒有取得突破性進(jìn)展，建設(shè)和運(yùn)行成本偏高，大多技術(shù)方法仍然處于試驗研究階段。

1.3.1 吸收法

混合氣體進(jìn)入吸收塔，利用熱鉀堿液或MDEA作為吸收劑，大量吸收混合氣體中的CO2氣體，飽和后進(jìn)行解析過程，可以得到純度99%(mol)以上的CO2氣體。該工藝的缺點(diǎn)是煙氣成分復(fù)雜，碳捕集工作環(huán)境惡劣，并且設(shè)備價格偏高，需要消耗大量電能和蒸氣，運(yùn)行費(fèi)用也偏高。

1.3.2 吸附法

吸附法是讓多組分流體(氣體或液體)混合物與吸附劑固體表面充分接觸，由于混合物組分與吸附劑表面之間存在著不同的作用力，從而使作用力較強(qiáng)的組分在吸附劑表面吸附富集并與作用力較弱的組分分離。其中變壓吸附(PSA)技術(shù)更為典型，利用壓力的變化提高吸附和脫附過程的效率。該技術(shù)能耗低，導(dǎo)致運(yùn)行成本低，并且得到的CO2氣體摩爾濃度可以達(dá)到98%左右，但設(shè)備占地面積大，難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。

1.3.3 冷凝法

冷凝法是將脫水后的煙氣加壓至3.5 MPa，并冷卻到-32 ℃以下，則CO2氣體可凝結(jié)成液體，而氮?dú)?、氧氣則仍以氣態(tài)的形式被排出。該技術(shù)需要消耗較多的能量，導(dǎo)致運(yùn)行成本偏高，并且回收CO2氣體的效率也較低。

2 現(xiàn)有技術(shù)存在的問題及解決措施

目前，現(xiàn)有技術(shù)存在兩大主要難題，一是受技術(shù)水平限制，大多數(shù)火電廠均采用燃燒后捕集技術(shù)，而在尾部煙氣中進(jìn)行碳捕集的工藝條件較為惡劣，技術(shù)實(shí)施難度大；二是對捕集下來的二氧化碳進(jìn)行集中封存技術(shù)存在較大的風(fēng)險，還需要繼續(xù)升級技術(shù)手段，并制定完善的監(jiān)管體系[2]，目前階段實(shí)施難度較大。

對于煙氣碳捕集工藝條件惡劣的問題，建議選擇吸收法，并且將吸收煙氣改為直接吸收更為清潔的空氣，以便改善工藝操作環(huán)境，并且可以有效降低碳捕集過程的能量消耗。

對于碳封存風(fēng)險高的問題，最好的解決途徑就是轉(zhuǎn)變碳捕集的方式，通過碳交易手段將碳捕捉、封存向綠色固碳轉(zhuǎn)變。

3 碳交易存在的問題及解決措施

碳交易是利用市場機(jī)制作為促進(jìn)以二氧化碳為代表的溫室氣體減排的新途徑，即把二氧化碳的排放權(quán)作為一種商品，從而形成二氧化碳排放權(quán)的交易。碳交易的基本原理是，合同的一方通過支付給另一方一定的費(fèi)用，從而獲得一定量的二氧化碳排放權(quán)，而賣出方相當(dāng)于通過碳減排獲得了收益。本文討論的范圍不包括國際碳交易，僅從中國國內(nèi)碳交易情況進(jìn)行分析探討。

經(jīng)過10年左右的探索和發(fā)展，中國已經(jīng)形成了深圳、上海、北京等多個省市的碳排放權(quán)交易試點(diǎn)，但目前暫不具備全國推行配額交易的條件，相關(guān)制度也需要進(jìn)一步完善。

中國是發(fā)展中國家，大部分企業(yè)的生產(chǎn)過程節(jié)能減排程度較低，在碳減排方面具有巨大的潛力，但中國急需確定哪些企業(yè)需要減排，減排到什么程度或標(biāo)準(zhǔn)。沒有這種制度和標(biāo)準(zhǔn)的約束，中國的低碳經(jīng)濟(jì)進(jìn)展則會很慢。同時，還要確定哪些類型的企業(yè)不能獲得碳減排收益，確保資金的流向有利于碳減排，而不是被投機(jī)者侵占。

目前，最重要的碳減排手段有兩種，一種是企業(yè)提高節(jié)能減排效率，另一種則是森林碳匯。前者需要國家針對各行各業(yè)制定節(jié)能減排標(biāo)準(zhǔn)，不能達(dá)標(biāo)的則必須進(jìn)行碳交易來購買碳排放權(quán)。森林碳匯交易是指通過植樹造林從大氣中固定碳，從而獲得可以出售的碳排放權(quán)，但森林碳匯交易需要從制度和執(zhí)行上加以嚴(yán)格規(guī)范，避免出現(xiàn)森林固碳“豆腐渣工程”甚至虛假工程騙取碳交易資金。

森林固碳事實(shí)上是一種徹底有效減少大氣層二氧化碳含量的措施，不僅成本低，有利于自然環(huán)境的恢復(fù)，同時也避免了碳捕集后封存的種種風(fēng)險和高額費(fèi)用。在森林碳匯的啟示下，還可以培育生長速度快，固碳效率高的新品種植物，并將種植過程工業(yè)化，更便于固碳量的統(tǒng)計和交易，同時其植物產(chǎn)品還可以制作成天然飼料出售給畜牧養(yǎng)殖企業(yè)，產(chǎn)生新的經(jīng)濟(jì)收入。

4 結(jié)語

1)火電廠煙氣進(jìn)行碳捕集的技術(shù)難度大，耗費(fèi)較大資金和能源，對二氧化碳進(jìn)行集中封存具有較大的風(fēng)險，需要嚴(yán)格監(jiān)管，整體費(fèi)用高，可行性較低。2)建議大力發(fā)展碳交易，采用委托第三方運(yùn)營等方式，直接利用空氣進(jìn)行等量碳的捕集，最佳的解決措施仍是切實(shí)提高綠化面積比例，或利用工業(yè)化的生物固碳生產(chǎn)達(dá)到碳減排的總體目的。

[1] 王澤平，周 濤，張記剛，等.電廠二氧化碳捕集技術(shù)對比研究[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2011，34(11)：83-87.

[2] 彭 峰.碳捕集與封存技術(shù)(CCS)利用監(jiān)管法律問題研究[J].政治與法律，2011(11)：18-26.

[3] 陳錦偉.淺談空氣分離技術(shù)的發(fā)展和改進(jìn)[J].化工管理，2015(18)：63-64.

Research and discussion on carbon capture and carbon exchange

Xia Shuang

(DatangEnvironmentIndustryGroupCo.,Ltd,Beijing100097,China)

Summarized the technology of carbon capture and also the history of carbon exchange. Aimed at their advantages and defects, presented a new thinking to capture the carbon from the clean air. And also suggested to specificate the rule of carbon exchange. Indutrialized planting is a safe and low cost way to fix carbon.

carbon capture, carbon exchange, indutrialized planting, energy conservation and emission reduction

1009-6825(2016)30-0187-02

2016-08-18

夏 爽(1978- )，男，工程師

X701.2

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