全球碳捕集技術研究現狀分析及展望

周志桂　汪鑫

【摘要】人類大量利用化石燃料的現狀短期內無法改變，由此排放的溫室氣體正加速增長，溫室效應日益突出，導致的氣候變化給人類帶來了嚴重后果。CO2是溫室氣體的主要組成部分，控制和減少CO2的排放是減緩氣候變化的關鍵，研究和開發CO2的減排技術成為全球研究的熱點。碳捕集與封存（CCS）因其能有效控制CO2的排放，越來越受到各個國家和地區的重視。為控制到2050年全球溫度上升在2℃以內的目標，世界各國和地區采取措施加速推動CCS技術的發展。本文闡述了全球CCS技術的應用現狀及最新政策法規，并提出未來CCS技術的發展方向。

【關鍵詞】氣候變化；CCS技術；碳捕集；應用現狀

引言

2012年國際能源署（IEA）提出，2050年實現全球溫度上升幅度控制在2℃（2DS）的目標，呼吁世界各國和地區加快實施CO2減排措施。根據《世界能源展望2013》報告顯示，2011年因燃料燃燒而排放的CO2量達到31.3Gt（109 t ），其中煤燃燒排放的CO2增長了4.9%，達到13.7Gt，若不加快實施碳減排措施，到2035年由煤燃燒排放的CO2將達到15.7Gt。實現2050年氣溫上升控制在2℃之內的目標面臨巨大挑戰。

為了達到2DS預期目標，美國、英國、中國等率先投入大量人力、物力支持CCS技術的研發和示范活動，并制定相應法律、法規、政策，積極推動CCS技術的發展。第五屆碳封存領導人論壇（CSLF）部長級會議強調了CCS對于控制氣候惡化的重要作用，并鼓勵全球各國政府及企業研發和應用CCS。

1 CCS技術簡述

1.1 CCS技術簡介

碳捕集與封存主要應用于火電廠，該技術是將火電廠等排放的CO2捕獲并永久封存。CCS技術包括3個環節，一是碳捕集技術、二是碳輸送技術，三是碳封存技術。其中，碳捕集技術是CCS技術中最重要的環節，由于碳捕集技術其運行成本和消耗能量最大，因此，國際社會將如何減少碳捕集運行成本和降低能量消耗作為目前研究的重中之重。

1.2碳捕集技術分類及應用場合

碳捕集技術主要分燒前捕集技術、燃燒后捕集技術和富氧燃燒技術3類。

（1）燃燒前捕集技術

該技術是指石化燃料在燃燒前對CO2分離和捕集，該技術是與煤氣化聯合循環發電相聯合，實現高效、低碳的轉化過程。

（2）燃燒后捕集技術

該技術是將燃燒后產生的煙氣中的CO2在吸收塔中吸收，然后再在解吸塔中解吸出來進行封存。燃燒后捕集技術主要有化學吸收法、化學吸附法、膜吸收法等。

（3）富氧燃燒技術

富氧燃燒技術是將原有燃燒工藝加以改進，將原來空氣作為燃燒媒介轉化為用氧氣和二氧化碳混合氣體，由于增加了二氧化碳氣體的濃度，因此，燃燒后的尾氣中CO2體積分數高達80%。。

2發達國家CCS技術的應用現狀及政策法規

根據全球CCS研究院（GCCSI）發布的最新報告統計，截至2014年2月，全球共有12個CCS項目處于運行階段，每年捕集的CO2總量可達4000萬噸。同時，以美國、英國為代表的西方國家為達到碳減排目標，先后出臺了碳減排相關法律、政策和機制。

2.1 美國

由于燃煤發電在美國占有重要地位，美國對CCS技術的研發和推廣高度重視，美國能源部（DOE）、國家環保署（EPA）和交通部（DOT）三個聯邦部門配合，共同推動CCS技術的發展，其中能源部負責CCS研發、示范項目與國際合作；環保署管理和監測CO2輸送與封存過程的風險，以確保CCS不影響公眾健康和安全；交通部管理CO2輸送管道網絡。

（1）美國CCS技術應用狀況

美國作為最大的發達國家，在CCS技術處于全球領先地位。美國螢石公司（Flour）的氨法大規模捕集項目，是世界首個工業化的碳捕集項目。IGCC作為清潔煤技術在美國已有30多年的技術經驗，具有世界領先地位。

（2）美國CCS技術的相關政策和法規

2009年6月美國眾議院投票通過《美國清潔能源與安全法案》（ACESA），該法案明確提出碳捕集與封存對美國戰略規劃的重要性，為CCS發展提供重要法律支撐。美國的國家環境政策法（NEPA）與資源保護與回收法（RCRA）為CO2捕集、輸送、利用、封存所有環節提供了法律框架。前者要求CCS項目的管道輸送、封存地點選擇必須接受NEPA檢查，以保證公眾環境健康不會受到CCS項目威脅。后者認為CO2是危險廢物，其產生、捕集、輸送、封存必須接受RCRA的監督審核。2014年1月8日，美國環境保護署（EPA）頒布了新污染源行為標準準則。

2.2 英國

英國處于CCS技術創新的前沿，近年來，英國政府在CCS技術領域加大了投入，并制定了促進CCS技術發展的法律和制度。

（1）英國CCS技術應用狀況

目前，英國正在加速籌備的規模較大的項目主要有兩個：Peterhead天然氣CCS項目和白玫瑰項目。Peterhead天然氣CCS項目計劃通過現有的聯合循環氣渦輪電站捕獲CO2排放總量的85%，年捕集量100萬噸。該項目是世界上第一個用于天然氣發電站的CCS項目。英格蘭約克郡的白玫瑰項目將富氧燃燒捕集設備與新建的超高效的燃煤發電站結合，每年將捕獲位于北約克郡的Drax電廠的一個新的超高效燃煤電站的90%的CO2，大約200萬噸。2014年7月8日，歐盟委員會宣布撥給該項目3億歐元（約2.4億英鎊）的資助資金，用以該項目的設計、建設和運行。

（2）英國CCS技術的相關政策和法規

2012年4月，英國發布《英國CCS發展路線》，以推動英國CCS技術的發展，該路線對英國今后幾年CCS技術的發展作了具體部署

3中國CCS技術應用現狀、政策法規和發展趨勢

中國經濟進入高速發展階段，對能源的需求不斷增強。我國的煤炭生產和消耗位于世界第一位，石油消耗處于世界第二位，。2013年，中國的一次能源消費中，煤炭占有比例達67.50%，石油占17.79%（表1）。伴隨著近年來經濟的快速發展，中國CO2排放大幅增加，年排放量達70億噸左右，其中約80%來自煤炭利用，反映出了以煤為主體的中國能源結構特點。中國的CO2排放已居全球首位，減排成為當務之急。因此，CCS技術在中國具有潛在的重要戰略地位。

3.1 中國CCS技術的應用現狀

2012年中國有12個大型CCS項目。CERC和中美伙伴之間其他合作項目所做的工作也推動了CCS技術的進一步發展。此外，國內企業、高校和科研院所合作開展的CCS項目取得較大進展，如華能高碑店3000噸/年燃燒后捕集試點項目、中國科學院先進能源動力中心燃燒前捕集項目和華中科技大學35MWth（megawatts thermal）富氧燃燒碳捕集項目等，其中華中科技大學35MWth（megawatts thermal）富氧燃燒碳捕集項目已于2012年12月30日在湖北應城正式開工建設，這是我國在碳減排技術自主研發方面的里程碑。

3.2 中國CCS技術的政策法規和發展趨勢

2012年，國家發改委提出《煤碳行業“十二五”發展規劃》，指出“中國將大力支持碳捕集、利用與封存技術的研究和示范項目”，同年，與全球CCS研究院簽訂諒解備忘錄。

盡管中國CCS技術的研究近年來取得了顯著進展，但CCS技術的發展依然任重道遠，尤其是在提高其成本效益方面。CCS技術的大規模一體化示范是接下來至關重要的一步，幸運的是中國正走在正確的道路上。

參考文獻

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