“吃”二氧化碳的船

趙蕓

中國獨立研發(fā)的二氧化碳運輸船，不僅可以實現(xiàn)全航程“零碳”運行，還可以將二氧化碳“吃”進“肚子”里，并運輸?shù)焦潭ǖ攸c封存。那么，什么是二氧化碳運輸船？人們是如何“捕捉”二氧化碳，又怎樣將它“吃”掉的呢？

何為二氧化碳運輸船？

二氧化碳運輸船是為了在低溫和高壓下，有效將液化二氧化碳運輸?shù)絻Υ婊蚴褂玫攸c而建造的。即捕捉二氧化碳→用船舶存儲和運輸二氧化碳→將二氧化碳運輸?shù)焦潭ǖ纳盥竦攸c進行封存，從而達到減排、凈化空氣的效果。

1999年，荷蘭的一家船廠就建造了全球首艘二氧化碳運輸船。隨著全球碳減排行動的逐步推進，對二氧化碳運輸船的需求也在逐漸增長。

船只制造有講究

從技術(shù)角度來看，二氧化碳運輸船的開發(fā)難度不算很大。因為二氧化碳的液化溫度與液化石油氣（簡稱LPG）類似，前者零下37攝氏度，后者零下33攝氏度，兩者存在很強的技術(shù)通用性。但由于二氧化碳存在三相點的“變臉”問題（即在一定溫度下可以實現(xiàn)液態(tài)、氣態(tài)、固態(tài)3種形態(tài)的隨意轉(zhuǎn)換），如何確保運輸過程中二氧化碳的穩(wěn)定性，成為擺在建造二氧化碳運輸船面前的最大問題。

二氧化碳是以液態(tài)形式封存在船上儲罐內(nèi)，再進行運輸?shù)?。但由于海上極端天氣頻繁，甲板溫度的過高或過低，都容易影響到艙內(nèi)二氧化碳的“形態(tài)”。一旦艙內(nèi)溫度變成零下56攝氏度，那么就觸及了二氧化碳的三相點，即固、液、氣態(tài)共存的溫度點。舉個例子，船上存儲罐可以承受1∶200的氣態(tài)液態(tài)比例，但如果二氧化碳突然氣態(tài)或固化，會使存儲罐承受過高的壓力；同時如果二氧化碳再次從氣態(tài)或固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)時，又極易出現(xiàn)蒸發(fā)或介入雜質(zhì)，從而影響船舶運輸?shù)陌踩浴?p>

二氧化碳封存方式示意圖（以管道輸送為例）

?二氧化碳運輸船的“胃”——半冷半壓式C型艙

因此，精確控制艙內(nèi)溫度和壓力是二氧化碳運輸船最大的技術(shù)難點。中國江南造船廠研發(fā)建造的二氧化碳運輸船所采用的液壓艙，能很好地解決這個難點。這種液壓倉是半冷半壓式C型艙（通過壓力+低溫的雙模式，提高艙內(nèi)的液壓效率），可提供二氧化碳再液化和液貨艙蓄壓兩種備選方案。也就是說，即使出現(xiàn)三相點，該船的液貨艙也能夠?qū)⒐袒蜌鈶B(tài)的二氧化碳再安全地變回液態(tài)；或者，即便二氧化碳出現(xiàn)氣態(tài)和固化，儲罐都可以承受住由此帶來的壓力變化，繼續(xù)實現(xiàn)安全運輸。

知識鏈接? ?二氧化碳封存方式

二氧化碳的封存環(huán)節(jié)有陸上和海上兩種模式。陸上模式通過管道、增壓罐車，將二氧化碳儲存于地質(zhì)構(gòu)造當中，實現(xiàn)其與大氣的長期隔絕；而海上模式，則是利用船舶或管道，將其所儲存的二氧化碳運送到岸基或海上接收與處理終端，再封存海底。

二氧化碳

捕捉、固定有方法

二氧化碳運輸船的主要用戶是沿海的電廠等，因為它們在發(fā)電過程中會產(chǎn)生大量二氧化碳。但是，二氧化碳是不可以直接排放的，國家對此有相關(guān)的嚴格標準。在對電廠產(chǎn)生的二氧化碳進行捕捉后，一般會采取冷壓的模式，即利用裝置，通過低溫將二氧化碳冷卻成液態(tài)或者固態(tài)，然后將其運走，運達封存地之后需要對二氧化碳進行固定。

全球的研發(fā)者正在對碳捕捉、碳固化進行多種嘗試和操作，這些技術(shù)手段包括生物、物理、化學(xué)的吸收方法，和礦石碳化、海水固碳、礦井封存等固定方法。

化學(xué)吸收法是目前工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的二氧化碳捕捉方法，即采用化學(xué)吸附劑吸收化石燃料燃燒廢氣中的二氧化碳，或者采用膜分離法分離尾氣提純二氧化碳。

?利用二氧化碳驅(qū)油提高石油采收率（CO2-EOR）示意圖

從固定方法看，礦井封存方式比較簡單易操作，只要將二氧化碳注入深海即可。而礦石碳化的可操作性不強，因為要利用存在于天然硅酸鹽礦石中的堿性氧化物（例如碳酸鎂和碳酸鈣等）將二氧化碳轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的無機碳酸鹽，存在反應(yīng)速率低、反應(yīng)條件苛刻、產(chǎn)物附加值低等問題。

每艘船都將獨一無二

未來的每艘二氧化碳運輸船都是定制款。因為要根據(jù)海上接收二氧化碳相關(guān)設(shè)施設(shè)備，同時根據(jù)所注入海底的深度所對應(yīng)的壓力壓強等，來設(shè)計和建造船上二氧化碳儲罐中的接收端。

如果二氧化碳注入的海底深度淺，那么二氧化碳儲罐在卸貨時，所需要應(yīng)對的壓力相對來說小一點，但如果二氧化碳注入的海底深度達到3000米以下，那么二氧化碳儲罐在卸貨時，其接口端所應(yīng)對的壓力，肯定就要大很多。所以，每艘二氧化碳運輸船都是根據(jù)二氧化碳打入海底的深度，來定制每艘船的儲罐接口端，以此實現(xiàn)該船的個性化研發(fā)和建造。

二氧化碳與海水隔離百萬年

通過船舶將二氧化碳運輸?shù)胶Ｉ戏獯嬖O(shè)施具有更大的靈活性，特別是在具備多個海上接收設(shè)施的情況下。隨著二氧化碳捕集量的增長，在某些情況下，船舶運輸在成本上還可以與管道相媲美，尤其是需要長距離運輸、自身封存資源有限的國家可能更需要這種方式。

如果方法得當，其中的某些技術(shù)可以將大氣中的二氧化碳與海水隔離幾百萬年。有些技術(shù)還可能會產(chǎn)生協(xié)同效益，減少海洋酸化相關(guān)的影響。但如果海底碳存儲方法使用不當，則會影響海洋的化學(xué)、物理和生態(tài)過程，進而加強海洋酸化，損害海洋生態(tài)系統(tǒng)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，這一隱患在未來也許會被解決。

?二氧化碳運輸船與海上接收設(shè)備示意圖

全球變暖是目前國際社會密切關(guān)注的環(huán)境問題之一。在各種溫室氣體中，二氧化碳對升溫影響最大，二氧化碳運輸船的出現(xiàn)也許能為緩解全球變暖提供新助力。

知識拓展? ?二氧化碳封存新用處

對于運輸?shù)浇K端的二氧化碳而言，除了將其封存于枯竭的油田或者其他安全的地下場所，還可以將二氧化碳進行資源化利用，相較于封存，碳利用能產(chǎn)生經(jīng)濟效益，更具有現(xiàn)實操作性。目前，最常見的碳利用方式為利用二氧化碳驅(qū)油提高石油采收率（CO2-EOR），該技術(shù)的使用使最初采出的石油量增加15％～20％。

（責(zé)任編輯 / 張麗靜? 美術(shù)編輯 / 周游）