【摘要】本文介紹了一種可以工業(yè)化并能有效減少CO₂排放的實用技術(shù)，二氧化碳的俘獲與存儲技術(shù)。從工業(yè)過程中俘獲CO₂，集中運輸后注入地下或水下存儲，每個環(huán)節(jié)都有主要的研究方向。

【關(guān)鍵詞】二氧化碳 俘獲 存儲

1 引言

隨著全球氣候變化，控制污染和減少溫室氣體的排放越來越受到各國政府和科技工作者的重視。二氧化碳的俘獲與存儲（CCS： Carbon Dioxide Capture and Storage）作為一種可以工業(yè)化并能有效減少CO₂排放的實用技術(shù)，已在歐美等各國開始研究和實踐工作。

2 二氧化碳的俘獲與存儲

減少化石燃料使用過程中CO₂的排放是二氧化碳俘獲與存儲的主要目的?，F(xiàn)在有兩種基本的CCS方法。一種是直接從工業(yè)源頭俘獲CO₂，提純后打入地下深層做永久存儲，如圖1所示。除了這種存儲到地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)的方法，還有一種將CO₂存儲在海洋里。在中等深度（1-3km）的海洋CO₂可溶解在水里，在大于3km深的海洋里CO₂的濃度會大于海水的濃度，因此會形成CO₂的湖。另外一種CCS方法是從大氣中俘獲CO₂并通過自然的生物過程將它隔離到植物、土壤和海底沉積物中。

一旦CO₂被俘獲可通過豎井打入如：油氣層、鹽水層和開采完的煤層等深層地下結(jié)構(gòu)中，如圖2（a）所示。這種地質(zhì)結(jié)構(gòu)一般出現(xiàn)在充滿沉積巖的盆地，累積厚度可達(dá)數(shù)千米，這些沉積巖的孔狀空間里會充滿鹽水或油氣。沉積盆地的巖層由沙土、淤泥、粘土、碳酸鹽和蒸發(fā)物交替組成，砂土層將提供存儲空間。在CO₂水下存儲技術(shù)中，壓縮的氣體通過管道或船運送并打入深海，如圖2（b）所示。注入的CO₂通過擴(kuò)散加速在水中的溶解，或打入海洋底部變成“湖”。在水下350m，CO₂會形成比海水密度大的固態(tài)包合物，但很快會溶解到周圍的水中。海洋底部的存儲要求至少在大于3km的水下才能保證CO₂的密度大于海水，否則CO₂會在水中上升并迅速返回到大氣中。

油氣的開采技術(shù)很多可以應(yīng)用到CO₂在深層地下巖層的存儲中。例如，鉆井和監(jiān)測技術(shù)可以用于將CO₂安全的注入存儲地層中。更多的技術(shù)難題在于可靠的評估巖層的密封和存儲能力。例如在CO₂注入地下后，如何預(yù)測其移動，這需要通過監(jiān)測地表和地下的CO₂濃度變化，建立相應(yīng)的模型得到。這涉及到這種地質(zhì)結(jié)構(gòu)存儲技術(shù)將帶來的健康、安全和環(huán)境的威脅。目前，已有很多工業(yè)化的CCS項目正在全世界運行。如最早開始此類項目的挪威，該項目始于天然氣開采，有該地區(qū)的天然氣中含CO₂，如將CO₂提取后直接排放到空氣中將被挪威政府收取50美元/噸的費用。于是他們想辦法將提取的CO₂存儲在海洋下面的沙石結(jié)構(gòu)中，目前每年的量達(dá)到1百萬噸。

3 研究方向

全球CCS的研究和開發(fā)工作已全面鋪開，特別是歐洲、美國、加拿大、澳大利亞、日本和挪威，主要的研究方向如圖3所示。歐盟第5、第6框架計劃以后8千多萬美元資助CCS研究，這還不包括工業(yè)界和研究機(jī)構(gòu)的配套資金。在2005年，美國能源部“碳緩解計劃”的年度預(yù)算達(dá)到4.6千萬美元。國際能源署1991年建立溫室氣體計劃，為CCS研究和創(chuàng)意提供了早期的市場。近期發(fā)布的二氧化碳俘獲和存儲特別報告（IPCC）集合了近15年國際上關(guān)于CCS的各種研究成果。另外，還有許多試點在挪威、日本等國，在加拿大的薩斯喀徹溫省，分界線大壩電站擁有每天4-8噸CO₂的處理能力。迄今為止設(shè)計能力最大的CO₂試點廠每天可處理24噸，已經(jīng)于2006年在丹麥的埃斯比約開始運行。所有在研的CCS項目預(yù)期目標(biāo)就是能將新技術(shù)用于試點和半商業(yè)規(guī)模中。

圖4顯示了3個主要的CO₂俘獲和存儲的途徑。CO₂從其它的成分中分離出來，優(yōu)化壓縮到稠密相便于運輸和存儲地的注入，并且得滿足注入點的純度要求。所有的俘獲和存儲方法都需要能源，這也就意味著處理CO₂俘獲將產(chǎn)生更多的CO₂kWh或者CO₂單位能源產(chǎn)品。

4 小結(jié)

由于該技術(shù)的巨大社會和經(jīng)濟(jì)效益，已有美國、加拿大、德國和英國等發(fā)達(dá)國家，投入到該項技術(shù)的研發(fā)和實踐中。我國作為僅次于美國的CO₂排放大國，也開始致力于開展這方面的研究工作。世界CO₂排放量的60%來自某些固定的源頭，如：發(fā)電廠、石化廠、水泥/鋼鐵/提煉廠等，而深層地質(zhì)結(jié)構(gòu)的存儲容量最小有2000Gt，應(yīng)用CCS技術(shù)將對減少CO₂的排放產(chǎn)生巨大的作用。技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的評估顯示，未來的100年中，CCS將占CO₂減排的20%。

作者簡介

徐冬新、性別：男、年齡：39、出生年月：1974年10月5日、籍貫：遼寧省綏中縣、現(xiàn)在職稱：工程師、研究方向：安全技術(shù)與管理。

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