用二氧化碳換石油

在新能源技術尚未完善的今天，世界每天都在被能源和環境問題困擾。更多的化石燃料需要被開采和消耗，向大氣中釋放更多的二氧化碳，對環境造成更大的損害。那么有沒有一種兩全其美方式，既能夠增加能源產量，又能夠減少大氣中的二氧化碳呢?近年來迅速發展的二氧化碳石油回采技術(CO2-EOR)讓這個看起來有些癡人說夢的理想變得現實起來。

CCS(碳捕捉和存儲)是目前公認的比較有潛力的減少大氣中二氧化碳的方案。CCS是指捕獲大氣中或工業生產的二氧化碳，經過一些處理，埋藏于地下的安全場所，達到控制和減少大氣中二氧化碳含量的目的。然而，目前CCS還面臨很多難以解決的問題。最主要的矛盾在于，捕捉和埋藏二氧化碳需要消耗大量能源，而目前能源的主力——化石能源恰恰又會產生大量的二氧化碳。

此外，對二氧化碳進行捕捉和存儲的成本很高，需要大量專門的技術設備投入。在技術相對領先的歐洲，目前碳捕集成本約為每噸70歐元，而面對動輒上萬噸、甚至百萬噸的減排需求，其綜合成本是相當驚人的。美國伊利諾伊州曾經進行過一個“未來發電”的項目，對CCS進行了認真嘗試，但最后無奈宣告取消，原因就是預計成本從8億多美元增加至18億美元。另一方面，尋找安全的埋藏地點，保證埋藏的二氧化碳不會泄露也是一個必需解決的問題。

天然氣石油工業經過上百年的發展，積攢了很多的技術設備，比如運輸管道設備、氣體壓縮技術等，都是CCS項目所必需的;大量油井氣田也是非常有利的二氧化碳埋藏地。這些似乎為CCS提供了一個可能的切入點。近二三十年來，CO2-EOR的發展和成熟，真正將CCS與石油工業聯系起來。IPCC在2005年對發電廠的CCS技術投資進行過估算，應用CCS技術使發電成本增加約0.0l～0.05美元/度，但如果項目中包括CO2-EOR，會使CCS造成的額外發電成本下降約0.01～0.02美元/度。

用二氧化碳采油

用二氧化碳幫助開采石油，這主意并不新鮮。

20世紀初石油工業剛剛興起的時候，石油公司在油田上方打出油井，僅僅靠著地下的壓力使石油自然流出地面。當地下壓力逐漸減少，石油流不出來，油田就廢棄了。實際上，這些自然流出的石油通常只占油田儲量的10%，還有近90%的石油仍然在地下的巖層中閑置。第二次世界大戰后，石油工業開發出“二次回采”技術。石油公司通過向地下泵入水或同油混在一起的天然氣，能從地下繼續開采出一部分石油。但這也只能使石油的開采率提高到30%左右，仍然有多達70%的石油在地下繼續閑置。如果能將這些剩余石油再開采30%，即開采率提高到60%，豈不是相當于將現有世界石油儲量再增加一倍?

石油附著在巖石或沙礫的表面，就像盤子表面的食用油一樣，而且比食用油更加黏稠。開采石油就像洗盤子，得想辦法把油和盤子分離。小部分的石油在“二次回采”中被水沖洗出來，但大部分石油依然牢牢附著在巖石和沙礫的表面。一些科學家就想到，洗盤子光用冷水是洗不干凈的，得用熱水才行;而石油更加黏稠，可能需要更高溫度的流體來驅趕才更有效。1952年，美國大西洋煉油公司的幾名工程師就提出了將二氧化碳注入油井中的技術，并獲得專利。在高溫高壓下，二氧化碳和石油混合會形成低粘度、低表面張力的流體，這使得石油更容易與沙粒分開并析出;二氧化碳還能夠入侵并占據很多之前水無法到達的細小縫隙，這也有助于驅趕出更多的石油。這就是二氧化碳回采技術，它能夠將石油的開采率進一步提高到60%-70%。

1972年1月，世界上第一個商業化的CO2-EOR工程在美國德克薩斯州的凱利#8226;斯奈德油田進行，每天有30萬噸的二氧化碳從附近一個天然氣加工廠輸送過來，在很高的壓力下被注入油井中。這個系統一直運轉到今天，每天能夠使該油田的產量提高3萬多桶。近些年，越來越多的二氧化碳回采系統在世界各地被建立起來。

到目前為止，全世界已經有上千個油田建立了CO2-EOR系統，每天向地下埋藏的二氧化碳多達110萬噸，幫助原油產量每天提高27萬多桶。根據分析，全球能夠進行二氧化碳回采的石油大概在1600-3000億桶， 這個數據能夠達到全球石油總產量的25%以上;大概有9300億噸以上的二氧化碳可以通過這一途徑被封存到油藏中，這個數值相當于2050年全球累計排放量的45%。

不過，對于CO2-EOR是否真的能夠減少大氣中的二氧化碳，很多人還存在著疑問。

一些觀點認為，CO2-EOR增加了石油產量，因此刺激了更多的石油消耗，自然會向大氣中釋放更多的二氧化碳。

還有一些觀點認為，目前這項技術能夠埋藏的二氧化碳量還是非常有限的。比如，在IPCC關于CCS的特別報告中已經注意到，廢棄的油井和天然氣田只是存儲二氧化碳的一種選擇，它們的容量還是相對有限的。“CO2-EOR并不能成為碳埋藏的主要途徑。根據控制成本的需要，石油企業在追求石油產量最大化的同時，輸入和埋藏二氧化碳卻是盡量最小化的。只有在未來，碳儲存真正具有經濟價值，它和石油產量才能同時達到最大化。”

不得不承認，這些質疑是有一定道理的。但是今天的世界，如果能夠埋藏一點二氧化碳換取更多的石油能源，總好過消耗一些石油能源來埋藏一點二氧化碳吧。

二氧化碳太少了嗎?

目前的石油回采技術還有很多種，可以用蒸汽、天然氣以及化學試劑、生物工程等，利用二氧化碳回采的石油，只占回采石油總量的15%左右，而且主要集中在美國。為什么這一看起來既環保又能夠增加能源產量的技術，不能廣泛地普及呢?除了技術上的原因，CO2-EOR面臨最大的障礙恰恰是它的好處之一:二氧化碳。對于大部分地區而言，二氧化碳的供應遠遠無法滿足石油回采的需要。

20年前，美國曾在二疊紀盆地、懷俄明和密西西比3個地區建立了多個二氧化碳氣源，采集二氧化碳氣體并加工輸送給當地的油田。最初，這些氣體供應總是多于油田需要;但是自2004年以后，這3個地區的油田全部受制于二氧化碳氣體的供應——即便是所有的氣源都滿負荷工作也無法滿足油田的需要。兩年前，賓州西部能源信托公司曾計劃在加拿大西部建設一個巨型的CO2-EOR項目。這個項目預計消耗艾伯塔省每年采集的50%~60%的二氧化碳，回采的石油將超過該地區石油總產量的10%。但在今年年初，該計劃被宣告擱置，原因正是二氧化碳的供應達不到要求。

既然采集和埋藏二氧化碳對于環境是非常大的好事，那么為什么不采集更多二氧化碳供給油田呢?這正是因為目前二氧化碳采集的成本依然很高，規模也較小。如果僅僅從經濟利益上看，專門采集二氧化碳供給油田，大部分生產商都是得不償失的。

目前全球每年排放的二氧化碳在300億噸以上，其中約有40%來自發電廠，23%來自運輸行業，22%來自水泥廠、鋼廠和煉油廠。碳捕集技術最早應用于煉油、化工等行業，這些行業排放的二氧化碳濃度高、壓力大，捕集成本并不高;而排放量最大的燃煤電廠所排放的二氧化碳則恰好相反，捕集能耗和成本較高，現階段的碳捕集技術也無法解決這一問題。在這樣的情況下，大部分石油生產商更多地選擇成本較低的水蒸氣、天然氣甚至空氣等進行石油回采。在獲得資源和經濟利益的同時，對環境并沒有什么貢獻。IPCC對CO2-EOR的質疑也源自于此。

值得慶幸的是，隨著全球氣候問題愈加嚴重，近年來各國政府在繼續加大新能源投入的同時，也逐漸開始重視CCS。比如:加拿大政府在過去10年中，一共為CCS投入了20億美元的資金。挪威這樣的小國更是保持著每年4000萬英鎊的巨額投入。2009年1月，歐盟正式提議劃撥總額12.5億歐元的專款，為歐洲境內的l1座火電廠安裝CCS設備。各國政府對CCS的巨額投入能夠分攤一些石油生產商在二氧化碳采集方面的成本，這對石油生產商發展二氧化碳回采技術無疑是巨大的鼓舞。隨著碳交易市場的發展和逐漸成熟，未來的石油生產商不僅能夠從石油開采獲取利潤，也能夠從CCS中分享利益，這促使越來越多的石油生產商紛紛投入到CCS和CO2-EOR的研究開發中來。