呂　靜

將燃煤變成低碳排放的清潔燃料的想法出現(xiàn)多年，發(fā)展這項技術(shù)的工程也已經(jīng)啟動，但全面得到應(yīng)用離我們依然遙遠(yuǎn)

煤是最便宜和最豐富的化石能源，地球上的煤還可以為我們提供幾百年的能源供應(yīng)。問題是，若干年后，燒煤所釋放的二氧化碳(CO2)可能使得我們這個星球不再適于人類居住。有沒有辦法可以讓我們獲得沒有碳排放的能源呢？

煤炭技術(shù)人員認(rèn)為，肯定有讓煤達到零碳排放的辦法。這就是，在煤燃燒的時候?qū)⑵洚a(chǎn)生的CO2捕捉起來埋到地下，讓它哪兒來哪兒去。地底下有足夠的地方儲存CO2，而且可以安全地儲存數(shù)千年，這正是碳捕捉與儲藏技術(shù)(CCS)的初衷。假如這項技術(shù)有朝一日能夠達到我們的要求，那么，儲煤豐富的美國、中國、印度等國家和地區(qū)就可以像兩個世紀(jì)前的歐洲工業(yè)革命時期一樣，在后工業(yè)年代中繼續(xù)用煤做燃料。

政府的熱情與冷清

CCS的想法最早要追溯到1979年。當(dāng)時，國際應(yīng)用系統(tǒng)分析研究所的塞薩里?馬舍蒂提出了一套CO2的掩埋系統(tǒng)，馬舍蒂認(rèn)為這種技術(shù)可以作為一種應(yīng)對氣候改變碳排放的途徑；但是這類項目直到1996年才開始實施。當(dāng)時，挪威國家石油公司在北海司雷普納威斯特氣田分離天然氣中的CO2，并將這些CO2重新壓回海床之下的一個沙石蓄水層。目前，這個項目每年仍然掩埋100萬噸的CO2。

如今，在加拿大薩斯喀徹溫省偉伯恩和阿爾及利亞的薩拉赫也有了類似的系統(tǒng)。都是將CO2打回到現(xiàn)有的油井中，以助于將原油壓出來。

雖然受到追捧，但這些項目并不能處理大型煤火力發(fā)電站所產(chǎn)生的具有龐大體積的CO2，也無從減少人類活動所排放的CO2總量——每年大約為240億噸。要削減這些二氧化碳中的4%就需要1000個司雷普納掩埋點。

除了上述這些配置，人們所有的就是一些混亂的研發(fā)項目了，其中很多項目還在藍圖設(shè)計階段。2007年9月，美國一個叫做未來發(fā)電的工業(yè)社團宣布，伊利諾斯的麥圖將成為測驗CCS的新型發(fā)電站地點，他們計劃從2013年開始在電站的巖石下掩埋CO2。當(dāng)時，伊利諾斯州州長羅德?布拉格杰維奇也曾信心滿滿地說：“隨著我們成為世界上最清潔的燃煤發(fā)電站之家，人們的燒煤傳統(tǒng)將會煥發(fā)新的活力。”可是，6個星期后，由于政府對將要分擔(dān)的13億美元望而卻步，該項目終于遭到了被廢棄的命運。

盡管如此，CCS依然不缺少“粉絲”。去年10月，英國政府高級商務(wù)部長約翰?哈頓預(yù)測，到2030年，廣泛應(yīng)用的CCS“將使得超過英國1/3的電力由該技術(shù)產(chǎn)生”。而在德國，只有符合新能源政策的CCS才能與大量新型燒煤發(fā)電站結(jié)合起來使用。

然而不幸的是，在能源工業(yè)中卻很少有人相信這些遙遠(yuǎn)目標(biāo)會一蹴而就。麻省理工學(xué)院于去年發(fā)表的一項叫做“煤炭未來”的研究認(rèn)為，世界上第一座CCS商業(yè)工廠最早也要在2030年投產(chǎn)。美國愛迪生電力協(xié)會的托馬斯?庫恩代理著美國絕大部分發(fā)電機，其中有一半是燒煤的，采用的是類似的生產(chǎn)線。去年9月，他告訴美國眾議院，一個大型燒煤發(fā)電站CCS排放的商業(yè)配置需要25年的研發(fā)時間，花費大約為200億美元。

再說回歐洲，歐盟稱希望在2015年之前讓12個示范性工廠運作起來。比如2007年11月，英國政府就宣布了建設(shè)一個30萬千瓦的發(fā)電站，并將在北部海域之下開采完的油田里儲存CO2，出乎意料的是，人們對支持這個項目并沒有太多熱情。歐盟在今年1月的一個能源政策的陳述中，再次聲明其對CCS的熱情，但是卻警告說存在“歐盟預(yù)算中沒有顯著投資的可能性”。

現(xiàn)在，就CCS技術(shù)而言，形象最為光鮮的地方之一要算澳大利亞。這個國家對煤炭的依賴很重，所以在昆士蘭的法爾維建了一座由政府支持的發(fā)電廠，這個電廠將燃燒未開采煤層中的甲烷，然后再將燃燒產(chǎn)物CO2掩埋回去。2006年，來自澳大利亞的工程師完成了一個在波蘭南方西里西亞深煤層儲存CO2的試驗項目。今年，在由澳大利亞政府發(fā)起的一個項目中，10萬噸CO2將被注入到維多利亞海岸的一個鹽礦蓄水層中，這個過程將被嚴(yán)密監(jiān)控。歐盟也在德國投資了一個類似的項目。

另外一個很熱衷該項技術(shù)的國家就是中國。現(xiàn)在，天津郊外已經(jīng)在建設(shè)一個包含有碳捕捉工廠的高技術(shù)煤炭發(fā)電站。

假如所有這些項目都按計劃執(zhí)行，那么，這些項目就將成為一個宏大的全球工業(yè)基礎(chǔ)。屆時，大約1/3由人類制造的來自較大的、固定來源的CO2將可以被捕捉。殼牌能源公司對該技術(shù)也很有熱情，但卻預(yù)計CCS系統(tǒng)至少要等到2050年才能廣泛應(yīng)用。

掩埋的危險

不管采取哪一種策略，任何一種值得做的CCS項目工程都是浩大的。煤會產(chǎn)生比其自身重3倍的CO2，這些CO2將被加壓、液化然后運到可以掩埋到地下1公里或更深的地方，地下的壓力使CO2繼續(xù)保持液態(tài)。

那么，如何選擇這些掩埋點呢？從表面上看，最合適的地點應(yīng)該是那些采完了石油的空地，比如北海下的廢棄油氣田。那些巖石幾百萬年來一直裝載著油氣，所以也應(yīng)該能夠承受CO2，這是順理成章的思路。

最近的研究顯示，天然的CO2已經(jīng)在北海米勒油田存放了1.2億年。油氣田可以存放1萬億噸的CO2，這個數(shù)量相當(dāng)于我們50年的排放量。另外，還有一個可能掩埋的地點就是廢棄的煤礦層，在這種結(jié)構(gòu)中，CO2可以被表面為煤的巖層吸收。

那些深藏于地下的多孔巖石，比如沙石的表面覆蓋著一層頁巖或其他巖石的不滲透層，可以擋住CO2。這些巖石廣泛地分布在大陸和海洋之下。據(jù)估計，這些巖層能存放10萬億噸CO2，或者說可以存放全人類大約500年的碳排放量。

那么，這些掩埋地點是不是安全呢？CCS系統(tǒng)的反對者回憶起1986年的一場災(zāi)難。當(dāng)時，在喀麥隆的諾斯湖底突然噴射出100萬噸CO2。由于CO2的密度比空氣大，這些氣體形成了一條毯子，導(dǎo)致1700人窒息。雖然這個事件完全是自然的，但卻給我們描繪了一幅可能的圖畫。

地質(zhì)學(xué)家并沒有排除地震以后CO2災(zāi)難性釋放的可能性。同時他們還注意到緩慢滲漏也是一個很重要的問題。CO2需要安全儲存上千年，就算是一年泄漏0.01%(這是建議的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn))，那么，在1萬年內(nèi)，大約有2/3的CO2被泄漏掉。至于誰該對儲存碳擔(dān)負(fù)長期責(zé)任的法律問題至今也沒有解決，這個問題有可能被證實為與核廢料的辯論一樣扯皮。不用說，下一步設(shè)計碳捕捉工廠，評估泄漏威脅該是CCS的主要研究重點。

引人注目的一個項目是將CO2注入到美國得克薩斯灣岸的上弗里奧一個由沙巖組成的結(jié)構(gòu)中。這個地方原來也是裝載石油的油田，現(xiàn)在已經(jīng)灌滿了鹽水。發(fā)表在《地質(zhì)學(xué)》雜志、由美國地質(zhì)調(diào)查局的尤斯福?卡拉卡所做的一個有關(guān)上弗里奧項目的早期研究報告曾指出，在這樣的結(jié)構(gòu)中儲存CO2可能有危險。CO2被鹽水酸化，使之能溶解巖石中的金屬氧化物，于是，最終可能在蓋層中產(chǎn)生隧道，從而使得CO2逃逸。

但是，并不是所有的研究人員都擔(dān)心這一點。英國地質(zhì)調(diào)查局的尼克?瑞雷是上弗里奧項目的合作者，他認(rèn)為這種泄漏方式的危險很輕微；他也同意有一定程度的酸化和少量CO2會在覆蓋層巖石中流失，但他堅持認(rèn)為這種流失不會造成問題。該項目的主要調(diào)研員，奧斯汀得州大學(xué)的蘇珊?何?？ㄒ餐膺@一點，她認(rèn)為，CO2會通過化學(xué)反應(yīng)逐漸被轉(zhuǎn)變?yōu)樘妓猁}的巖石，這樣碳就被無限期地鎖到了地下。

到目前為止，所有的實驗都是小規(guī)模、短期的，大多數(shù)選址都是地質(zhì)學(xué)家評估的最佳地點。但在現(xiàn)實社會中，何?？ㄖ赋?，地質(zhì)學(xué)家在尋找掩埋地點的時候還有需要選擇靠近電廠的壓力，這樣，那些巖石的組成可能就沒有那么完美了。她也承認(rèn)至今還沒有什么辦法可以決定一種巖石結(jié)構(gòu)在泄漏之前可以吸收多少CO2。發(fā)表在《水研究進展》雜志上的一項研究用數(shù)學(xué)模型顯示，氣體通過巖石的泄漏量是不可測驗的。

不可能實現(xiàn)的零碳排放

由于所涉及到的CO2體積龐大，就算是從發(fā)電站將氣體運輸?shù)窖诼顸c也不是那么簡單的事情。據(jù)一項國際能源機構(gòu)的研究估計，歐盟需要用15萬公里長的管子來傳輸排放到北海的CO2。假如這個系統(tǒng)還要繼續(xù)，那么也需要與之配套的龐大工業(yè)體系。

所以，必要的資本投入將是浩大的，任何一個CCS系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)費用也是驚人的。美國政府估計，CCS系統(tǒng)將使得燃煤火力發(fā)電的成本提高75%。這筆龐大的開支到底有多少，該由誰來埋單？

還有，就算最好的CCS系統(tǒng)也不可能捕捉所有的CO2，用現(xiàn)有的辦法一般只能捕捉到85%的CO2。而實際應(yīng)用的數(shù)據(jù)還會有出入，因為，CCS系統(tǒng)本身也要消耗10%～40%由化石燃料發(fā)電站所產(chǎn)生的能源。

另外需要考慮的因素是挖煤機械和運輸煤炭到發(fā)電廠的卡車和火車等運輸機械的耗能。所有這些，大概就要用掉1/4由這些煤炭發(fā)電站所產(chǎn)生的能源，而這一部分的碳排放在CCS系統(tǒng)運作之前是不會自動消失的。

把這些所有的算起來，我們得到了什么？根據(jù)斯圖加特德國航空中心的彼得?萬巴恩所發(fā)表的一份最為詳盡的評估推算，最好的CCS設(shè)備最多可以降低燒煤發(fā)電站2/3的溫室氣體排放。與之相比較，絕大多數(shù)可再生能源技術(shù)終生的碳釋放量卻只有燃煤能源的1%～4%。

不管怎么說，人類到目前為止還沒有打算過放棄燒煤，所以，CCS技術(shù)可能最終會在減少煤炭碳排放上起到重要的作用，進而對全球氣候變暖危害的控制具有積極作用。不過，這類系統(tǒng)暫時還不大可能一夜之間變成現(xiàn)實。至于想把煤炭變成零排放的清潔能源，那恐怕僅僅是個夢想而已。