高度關(guān)注碳捕獲與封存技術(shù)潛在環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)

隨著人類進(jìn)入工業(yè)社會(huì)，碳?xì)浠衔锏娜紵矿E增，導(dǎo)致大量溫室氣體排入大氣，成為全球氣候變暖的重要原因。2007年，IPCC《第四次氣候評估報(bào)告》指出，造成全球氣候變暖的原因是人類排放溫室氣體，而非自然活動(dòng)，這種可能至少“有90％”。目前，大氣中的二氧化碳濃度仍在不斷增高，2009年全球大氣中幾種主要溫室氣體的濃度再次突破有歷史記錄以來的最高點(diǎn)。

如何應(yīng)對氣候變化已經(jīng)成為全球環(huán)境與發(fā)展問題的重點(diǎn)和國際政治活動(dòng)的熱點(diǎn)。1992年，聯(lián)合國氣候變化框架公約(UNFCCC)問世，提出“將大氣中的溫室氣體濃度穩(wěn)定在一個(gè)能夠防止氣候系統(tǒng)受到危險(xiǎn)的人為干擾的水平上”；997年，《京都議定書》獲得通過，為各國的二氧化碳排放量規(guī)定了標(biāo)準(zhǔn)，即在2008年至2012年間，全球主要工業(yè)國家的工業(yè)二氧化碳排放量比1990年的排放量平均降低5.2％。

國際社會(huì)正在逐步展開保護(hù)地球氣候的實(shí)際行動(dòng)，提高能效、發(fā)展替代能源和CCS技術(shù)是目前最為重要的三種減排手段。國際能源機(jī)構(gòu)(IEA)預(yù)計(jì)化石能源在未來仍然是世界范圍內(nèi)一次能源的主導(dǎo)來源，占2007年到2030年間總體能源消費(fèi)增長的3／4強(qiáng)。對化石燃料的依賴將使氣候變化和能源安全形勢變得更加嚴(yán)峻。而受到技術(shù)和資源儲(chǔ)量的限制，提高能效和發(fā)展可再生能源技術(shù)的減排潛力在一段時(shí)間后將會(huì)是有限的。因此，CCS技術(shù)作為一種新興的減排技術(shù)日益受到關(guān)注。

根據(jù)IPCC2005年特別報(bào)告——《CO₂捕獲和封存》，CO₂捕獲和封存(CCS)技術(shù)是指將CO₂從工業(yè)或相關(guān)能源產(chǎn)業(yè)的排放源中分離出來，輸送并封存在地質(zhì)構(gòu)造中，長期與大氣隔絕的過程。CCS技術(shù)主要由三部分組成：碳捕獲、運(yùn)輸和封存，這三大環(huán)節(jié)在許多領(lǐng)域均有應(yīng)用，目前有較為成熟的技術(shù)可供借鑒。例如，20世紀(jì)70年代，美國的石油行業(yè)即采用提高采油率(Enhanced Oil Recoverv，EOR)技術(shù)，將CO₂作為油田注入劑用于驅(qū)油和提高石油的采油率；另外，工業(yè)生產(chǎn)中也可直接利用CO₂，例如在園藝、冷藏冷凍、食品包裝、焊接、飲料和滅火材料中對CO₂的應(yīng)用。這些工藝能將CO₂封存在含碳制成品中，但封存時(shí)間期限只有幾天到數(shù)月，而目，封存總量很少。

目前，人類正試圖合并C02捕獲、運(yùn)輸、封存三大技術(shù)，形成一個(gè)完全一體化的CCS系統(tǒng)，以大規(guī)模封存CO₂。

國外CCS技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

現(xiàn)有的CCS項(xiàng)目主要集中在歐洲、北美和澳大利亞。由于技術(shù)尚不成熟，目前，世界范圍內(nèi)還沒有CCS技術(shù)的大規(guī)模一體化應(yīng)用，即同叫包括CO₂捕獲、運(yùn)輸和封存3個(gè)環(huán)節(jié)的大規(guī)模CCS示范項(xiàng)目。

碳捕獲技術(shù)主要包括燃燒前捕獲、燃燒后捕獲和富氧燃燒三種。燃燒前捕獲指利用煤氣化或天然氣重整將化石燃料轉(zhuǎn)化為主要成分為CO和H₂的合成氣，進(jìn)一步通過水煤氣變換反應(yīng)將合成氣中的CO氣體轉(zhuǎn)化為CO₂和H₂，再將CO₂分離出來；燃燒后捕獲指在燃燒設(shè)備(如鍋爐、燃?xì)廨啓C(jī)等)的煙氣中捕獲CO₂；富氧燃燒以純氧為氧化劑，可以改善常規(guī)空氣燃燒造成的CO₂濃度較低的缺陷，燃燒產(chǎn)物主要為CO，和水，再通過冷凝后的CO₂能達(dá)到較高濃度，有利于對其進(jìn)行捕獲。目前，大部分碳捕獲項(xiàng)目應(yīng)用于電力領(lǐng)域，多采用燃燒前和燃燒后捕獲技術(shù)，CO₂捕獲率能達(dá)到85％～95％。

一般來說，捕獲工廠不會(huì)直接位于地質(zhì)封存點(diǎn)上部，因此必須將捕獲的二氧化碳從捕獲地點(diǎn)運(yùn)輸?shù)椒獯娴攸c(diǎn)。管道輸送是一項(xiàng)較為成熟的技術(shù)，也是目前CO₂大規(guī)模運(yùn)輸?shù)闹饕绞健Ｔ诿绹磕暧谐^2500公里的管道運(yùn)輸超過40兆噸CO₂。船舶的運(yùn)輸量雖然也較大，但是由于海外需求量較小，所以船舶運(yùn)輸?shù)膽?yīng)用較少。公路、鐵路的運(yùn)輸規(guī)模較小，適合干小批量、非連續(xù)性運(yùn)輸。

二氧化碳封存技術(shù)包括陸地封存和海洋封存，但海洋封存技術(shù)尚處于研究階段。目前，封存項(xiàng)目主要集中在北美，且多為陸地封存項(xiàng)目，多數(shù)封存項(xiàng)目是將CO₂注入地下用來提高油氣采收率。例如，加拿大的韋伯恩EOR項(xiàng)目，通過把加壓的二氧化碳?xì)怏w注入到油田儲(chǔ)層中，以增加石油采收率。

中國CCS技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

2005年，我國即是世界上碳排放總量第二大國，僅次于美國。隨著我國工業(yè)化進(jìn)程不斷推進(jìn)，人口和國民經(jīng)濟(jì)的繼續(xù)增長以及城市化水平不斷提高，我國未來的能源消費(fèi)以及CO₂排放還將繼續(xù)呈快速增加趨勢，未來我國碳排放總量可能很快會(huì)超過美國，國際社會(huì)對我國的CO₂排放情況日益關(guān)注。2009年，我國提出“到2020年單位國內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放比2005年下降40％～45％”的目標(biāo)，這一方面表明了我國碳減排的決心，樹立了我國負(fù)責(zé)任的大國形象，另一方面也加大了我國面臨的CO₂減排壓力。

近年來在CCS技術(shù)發(fā)展方面我國開展了大量工作，先后與英國、美國、意大利等國就CCS的研發(fā)進(jìn)行了廣泛的合作，如科技部與英國環(huán)境、食品和農(nóng)村事務(wù)部于2005年12月簽署了中英碳捕獲與封存合作諒解備忘錄，雙方的合作重點(diǎn)傾向于中國的CCS能力建設(shè)，提高中國科學(xué)家的研究能力和水平。

在建立CCS示范項(xiàng)目方面，我國也進(jìn)行了積極嘗試。例如2008年正式建成投產(chǎn)的北京熱電廠煙氣CCS示范工程，即是我國首個(gè)燃煤電廠CO₂捕獲示范工程；2009年建成的上海石洞口第二電廠CO₂捕捉項(xiàng)目則是全球最大的碳捕獲項(xiàng)目。

我國日前CCS技術(shù)尚處于起步階段，還沒有同時(shí)包括CO₂捕獲、運(yùn)輸和封存3個(gè)環(huán)節(jié)的CCS示范項(xiàng)目，涉足CCS示范項(xiàng)目的企業(yè)以國有大型企業(yè)為主。

值得一提的是，發(fā)達(dá)國家對于CCS技術(shù)的興趣除了來源于其應(yīng)對氣候變化的壓力，也可能來自于為了通過技術(shù)輸出獲得收益。目前，發(fā)達(dá)國家已經(jīng)有許多應(yīng)對氣候變化的方法和技術(shù)，相對而言，CCS技術(shù)對于一些依賴當(dāng)前化石能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)的地區(qū)具有更大較大的吸引力，發(fā)達(dá)國家投入巨資研發(fā)CCS技術(shù)，可能是瞄準(zhǔn)了發(fā)展中國家廣闊的市場。

CCS技術(shù)在應(yīng)用中的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)

目前，CCS技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用，除了技術(shù)尚不成熟、捕獲成本較高等障礙，其二氧化碳運(yùn)輸與封存階段存在的一系列環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)問題，也應(yīng)受到高度重視。

CO₂捕獲過程潛在的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)

二氧化碳捕獲過程中的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)主要是碳捕獲設(shè)備建設(shè)和運(yùn)行過程中的環(huán)境影響和壓縮導(dǎo)致的環(huán)境健康安全風(fēng)險(xiǎn)。

由于碳捕獲技術(shù)需要消耗額外的能源，因此，電廠生產(chǎn)每千瓦時(shí)的電力需要更多的燃料，電廠的凈效率下降。工廠利用目前最佳技術(shù)捕獲90％的CO₂，與未采用CCS技術(shù)的類似工廠相比，新的超臨界值粉煤(PC)電廠每千瓦時(shí)的燃料消耗要增加24％-40％，天然氣復(fù)合循環(huán)(NGCC)電廠增加11％20％，燃煤的IGCC系統(tǒng)則增加14％～25％。燃燒更多的燃料意味著會(huì)產(chǎn)生更多的NOx、SO₂等其他污染物；此外，化學(xué)制品消耗也將有所增加，如PC電廠為進(jìn)行NOx和SO₂排放控制所使用的氨和石灰石。

而且，為了便于運(yùn)輸和封存，通常捕獲設(shè)備還會(huì)對CO₂進(jìn)行高濃度壓縮。壓縮過程也有可能出現(xiàn)危險(xiǎn)的突發(fā)事故，對工作人員的人身安全構(gòu)成威脅。

CO₂運(yùn)輸階段的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)

由于采用的捕獲技術(shù)不同，產(chǎn)生的CO₂純度不同，對運(yùn)輸管道的影響也不同。例如，不含水汽的CO₂對通常用于建造管道的碳一錳鋼不具有腐蝕性，即使CO₂含有諸如氧氣、硫化氫和硫或氮氧化物等污染物質(zhì)。若CO，含有水汽，則具有很高的腐蝕性，因此這種情況下的CO，管道必須由抗腐蝕合金制造，或在內(nèi)部包含一層合金或連續(xù)的聚合物涂層。

另外，CO₂在運(yùn)輸過程中可能會(huì)泄漏到大氣中。雖然這種泄漏的概率很小，但仍應(yīng)重視泄漏可能產(chǎn)生的危害。因此，需要對CO₂管道運(yùn)輸路線，尤其是經(jīng)過居民區(qū)的管道路線進(jìn)行仔細(xì)挑選，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)泄漏檢測。

GO₂封存階段的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)

CCS技術(shù)最大的潛在環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)存在于地質(zhì)封存過程中。由于大量的CO₂會(huì)被注入并封存在地下長達(dá)數(shù)百年時(shí)間，這對封存地的安全性提出了很高的要求。

CO₂從封存場地中泄漏會(huì)導(dǎo)致兩大類風(fēng)險(xiǎn)：第一類是全球性風(fēng)險(xiǎn)，大量CO₂進(jìn)人大氣會(huì)對全球氣候變化產(chǎn)生影響；第二類是局部性風(fēng)險(xiǎn)，CO₂泄漏可能會(huì)污染地下水、破壞當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)，也會(huì)對公眾健康產(chǎn)生影響。

CO₂泄漏將導(dǎo)致儲(chǔ)藏地層中鹽水的PH值降低，從而使地下水溶解大量的礦物質(zhì)，釋放出鐵和錳等金屬元素，有機(jī)物質(zhì)也進(jìn)入地下水，大量的碳酸鹽被溶解，污染地下水資源；CO₂在空氣中的體積超過3％即會(huì)對人體健康造成危險(xiǎn)，甚至窒息、人類歷史中曾發(fā)生過高濃度CO₂致人死亡事件。例如，1986年喀麥隆的尼奧斯湖大量堆積在湖底的CO₂突然釋放出來，造成方圓25公里范圍內(nèi)的1700多人和大量的動(dòng)物窒息死亡；另一個(gè)使人們對CCS技術(shù)產(chǎn)生疑慮的因素是CO₂封存可能誘發(fā)地震。CO₂注入巖層孔隙會(huì)造成地層壓力的增加，如果注入壓力超過地層壓力，可能誘發(fā)地層裂縫產(chǎn)生和斷層地移動(dòng)，將產(chǎn)生兩方面的風(fēng)險(xiǎn)：’方而，由于高壓所形成的破碎帶和與之相關(guān)的微地震將提高破碎帶的滲透率，從而為CO₂滲漏提供通道。另一方面，高壓所導(dǎo)致斷層活動(dòng)有可能誘發(fā)地震，從而產(chǎn)生更大的危害。

CO₂泄漏可能產(chǎn)生嚴(yán)重危害，但目前CO₂泄漏的應(yīng)對措施尚未完善。CO₂長期封存相關(guān)的潛在風(fēng)險(xiǎn)的綜合評價(jià)體系尚未建立，對CO₂封存地的監(jiān)測與管理規(guī)定也不完善。而且還存在著CO₂封存的時(shí)間可能超過運(yùn)營企業(yè)存在的時(shí)間的問題。因此，不僅需要對企業(yè)應(yīng)承擔(dān)的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行界定，還需要明確政府的角色(監(jiān)督者或共同承擔(dān)者)，目前這些問題都未得到解決。

政策建議

碳捕獲、利用與封存技術(shù)可減少大氣中的碳排放，有利于減緩氣候變化和實(shí)現(xiàn)碳減排目標(biāo)，并因此受到廣泛關(guān)注。但目前CCS技術(shù)尚處于研發(fā)階段，面臨技術(shù)、成本及環(huán)境影響等多重難題。CCS技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，需綜合考慮技術(shù)、經(jīng)濟(jì)與環(huán)境因素，做出理性選擇。

相對而言，技術(shù)瓶頸、經(jīng)濟(jì)效益是短期問題，潛在環(huán)境影響是長期問題。由于當(dāng)前在科學(xué)上對將巨量CO₂注入地下的后果認(rèn)知較少，并且缺乏在技術(shù)上預(yù)測和控制其潛在地質(zhì)、生態(tài)、環(huán)境及安全影響的手段，所以，CCS技術(shù)目前不應(yīng)是我國應(yīng)對氣候變化的最優(yōu)先發(fā)展領(lǐng)域，國家在應(yīng)用CCS技術(shù)時(shí)需高度重視其潛在環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)加強(qiáng)CCS技術(shù)應(yīng)用的相關(guān)法規(guī)的制定，及早建立CCS技術(shù)應(yīng)用的環(huán)境、健康和安全影響評價(jià)體系和風(fēng)險(xiǎn)管理系統(tǒng)，積極開展CCS技術(shù)規(guī)范化研究，行加強(qiáng)與國外的合作與交流。