美专家谈碳捕集与封存技术前景

    每年4月22日是世界地球日。今年的世界地球日更具特殊意义——它是《巴黎协定》开放签署的第一天，届时在纽约联合国总部将举行高级别签署仪式。虽然《巴黎协定》签署期有一年时间，但超过130个国家已表示将在22日签署这一协定。

 

    《巴黎协定》是全球气候治理的又一里程碑。但根据联合国环境署近期一份报告，要实现《巴黎协定》的目标，2030年全球最主要温室气体二氧化碳的排放量要比2014年减少20%。其中碳捕集与封存技术，被认为是实现这一目标的关键技术之一。

 

    碳捕集与封存能担起应对气候变化的重任吗？近日，科技日报记者采访了在美国举行的ECI二氧化碳峰会，了解了碳捕集与封存技术在美国的发展情况及应用前景。

 

    多式多样的“抓捕”技术

 

    ECI二氧化碳峰会组委会成员、怀俄明大学范貌宏教授在接受采访时，介绍了美国正在研究的碳捕集主要技术。

 

    范貌宏表示，碳捕集技术的要点不是把二氧化碳“抓住”，而是把“抓住”的二氧化碳“集合”起来，即提高收集到气体中二氧化碳的浓度，以便进一步处理和利用。目前正在研究的碳捕集技术有很多种，大致可分为燃烧后捕集、燃烧前捕集和富氧燃烧三类。

 

    燃烧后捕集是从燃烧后的烟气中把二氧化碳收集起来。目前常见的方法有化学吸收法、膜分离法等。其中化学吸收法比较传统，通常以有机胺类化合物为吸收剂，分为液体吸收剂和固体吸收剂两类。吸收剂与二氧化碳结合后，再脱附把二氧化碳集中起来。膜分离法是利用薄膜对不同气体有不同渗透率的特性来把二氧化碳集中起来。燃烧后捕集技术适合已经建成的燃煤电厂。

 

    燃烧前捕集是指燃料燃烧前直接把二氧化碳分离出来。燃料经过特殊处理后，分离成氢气和二氧化碳。氢气作为能源，燃烧后只产生水。二氧化碳不经燃烧直接被收集起来。燃烧前捕集适用于特别建造的煤气化联合循环电站，不能用于目前已有电厂的改造。

 

    富氧燃烧是改变传统的空气助燃方法，把空气中的氮气分离出去，直接用高浓度的氧助燃。这样排出的烟气就是高浓度二氧化碳气体，可以直接进行收集处理。

 

    成本是最大的困扰

 

    美国研究碳捕集与封存已经有很长时间。碳捕集技术看似百花齐放，背后却掩盖着一个无奈的事实，就是还没有一种低成本的、成熟的、可大规模工业化利用的技术。

 

    范貌宏说，目前的碳捕集技术都有较大缺陷。燃烧后捕集的化学吸收法需要消耗较多能源。另外，液体吸收剂需要消耗大量水，固体吸收剂稳定性还不太好，过一段时间就会出现失活。膜分离法除耗能高外，对膜材料的物理特性和性能要求也较高，目前还不能大规模工业化生产出适用的膜材料。燃烧前捕集需要特定的设备，不仅成本高，而且不适用于现有电厂的改造。富氧燃烧要有前期的设备投入，运行中制氧也要消耗大量能源。

 

    目前碳捕集与封存推广最主要问题还是捕集阶段的成本太高。目前无论哪种碳捕集方法，除了设施上要有高额投入，还需要大量的运行费用。美国研究的所谓“第二代碳捕集技术”，其主要目的就是降低成本，另外还要能长期稳定工作，并对环境友好。

 

    范貌宏认为，降低碳捕集成本还要靠技术创新。他领导的课题组开发出一种钛类化合物催化剂，可以大大降低碳捕集过程中的能源消耗。另外，碳捕集研究也出现一些新思路，如膜反应器方法、化学链燃烧法，近年在美国也很受重视。

 

    卡耐基·梅隆大学的爱德华·鲁宾教授是美国著名的碳捕集与封存成本问题专家。他表示，要降低成本，后续的研发非常必要，同时也应看到，目前相关技术还都处于试验阶段，随着技术进步，未来成本会有所下降。但即使如此，未来技术的推广还需要政府政策上的大力支持。

 

    这是一项社会工程

 

    范貌宏认为，碳捕集与封存技术的推广不仅是科技问题，还是社会问题，人们思想观念的转变非常重要。他举例说，现在美国人每月手机费用一、二百美元很正常，大家都愿意付这笔费用。但现在美国家庭每月电费可能只有二、三十美元，如果电费能增长一倍，完全可以抵消电厂采用碳捕集与封存技术带来的成本负担，但通过提高电价来实现碳捕集与封存目前在美国基本行不通。

 

    美国能源部国家能源技术实验室碳捕集研究组负责人何塞·菲格罗亚表示，碳捕集与封存项目由于它的复杂性，涉及面较多，即使在研发阶段，也与通常的研发项目不同，需要各方面的全面合作。

 

    菲格罗亚认为，在实施碳捕集与封存项目时，各方充分沟通交流非常重要。目前的碳捕集与封存技术还不成熟，开展的项目基本上是试验性项目，因此在项目开展前就要确定一旦出现意外，解决的程序是什么，并在项目过程中进行经常性的细致评估。即使如此，还需要为未来工程的改变或延期做好充分准备。