CCS：煤炭依赖的补救之路

自然资源保护委员会

为了避免气候变化的最坏结果，世界必须努力减排，到2050年至少要在1990年的水平上减排50%，这样才能让平均气温的上升幅度，限制在比前工业化时期高2摄氏度或以内。近来的若干研究都发现，即使现在我们完全停止排放，也肯定会超过这个限度。

2010年3月15日,皇明太阳能股份有限公司董事长黄鸣对外宣布，位于中国太阳城山东德州的“中国太阳谷”已初具规模。2010年第四届世界太阳城大会将在中国太阳谷举行，根据规划，中国太阳谷将被打造成世界级可再生能源研发检测中心。 摄影/阿静/CFP

要实现紧迫的减排目标，只靠提高能效、扩大可再生能源利用，以及加强自然碳吸收等常规手段是不够的。考虑到目前世界对化石燃料的严重依赖，中美等一些国家必须实施更广泛的碳减缓战略，其中就包括碳捕获与封存（CCS）。

CCS技术的三个要素（捕获、运输和隔离），在商业上都已成熟，但主要都被用于其他目的，而非CCS本身。由于缺乏明确的国家气候政策来限制二氧化碳排放，现在已经开始运转的大型CCS项目寥寥无几。

CCS技术要运用于意义重大的减排，就亟需大型综合项目来积累运行经验，降低成本。从特定工业设施中获取高纯二氧化碳废物，降低了CCS示范项目的成本，从而使得目标更容易实现。据联合国政府间气候变化专门委员会的估计，到2100年CCS在累计碳减排中的贡献率可以达到15%到55%。

到2020年，中国的水力发电量将是美国的四倍，风力发电是美国的两倍，太阳能发电量和美国一样大，但和煤炭消费比起来，这些可再生能源仍然只占很小一部分。

CCS对中国来说尤为重要。尽管中国在水电、风能、太阳能与核能方面已经取得显著进步，但其70%的能源依然要靠煤炭。到2020年，中国的水力发电量将是美国的四倍，风力发电是美国的两倍，太阳能发电量和美国一样大，但和煤炭消费比起来，这些可再生能源仍然只占很小一部分。

国家发改委能源研究所研究员姜克隽和同事称，中国已经采取一系列节能减排措施，包括切实行动限制能源密集型产业的发展，用税收政策鼓励提高能效和节约能源，政府大力支持可再生能源及核能发展，以及提高工业生产中的能效标准。

尽管如此，他们预测到2030年煤炭在中国能源需求中所占的比例仍然过半。不过，在如此宏大的政策之下，中国的煤炭消耗将在2020年达到峰值，然后将逐渐下降，直到2050年。尽管煤炭消耗减少了，但如果没有CCS，中国化石燃料造成的二氧化碳排放不会减少，只会保持稳定。

中国的地质封存潜力非常大。中美研究者已经确认了超过1600个大型二氧化碳点源，其中有91%距离未来的地质封存地点只有或者不到160公里，一半以上就在候选封存地点上空。

中国现有的185座大型氨、氢和环氧乙烷生产设施，每年产生的高纯度二氧化碳至少有1.3亿吨，其中的四分之三都位于候选封存地点80公里范围之内。根据清华大学和普林斯顿大学的一项共同研究显示，如果中国规划中的氨、甲醇和液烃生产设施全部投入使用，每年的高纯二氧化碳排放量将达到2.08亿吨。

研究还称，由于高纯二氧化碳的封存跳过了混合气体分离的工序，针对这些点源的CCS的成本在每吨10美元到20美元（68元到137元）之间，比通常对发电厂的逾期成本要低。

中国科学院岩土力学研究所的李小春和魏宁与美国西北太平洋国家实验室合作，撰写并公布的初步流域评估报告指出，中国深部含盐水层构造理论上的二氧化碳封存能力可以达到3.066亿吨，是2005年中国二氧化碳总排放量的450倍。但是，如果把其他因素考虑进去，实际上的封存能力就要小多了。所谓的其他因素就是内射性（即二氧化碳在不破坏构造情况下注入封存地所需的比例和压力）、冠岩紧密性、封存构造大小、断层风险、管理、基础设施约束和经济状况等。

中国的大型二氧化碳点源中有五分之二位于油气田周边80公里范围之内，另外据估计中国16个陆地油田和3个海上油田通过EOR方式增加的产量可以达到70亿桶，这是中国目前年石油消费量的2.5倍。

尽管中国的沉积盆地数量众多，但其地质构造却是全世界最复杂的，存在无数小型断层以及剧烈的断层活动。这些特征导致了封存构造面临复杂的地质问题，必须因地制宜地进行具体研究，确定各个封存地点的特征，才能保证CCS技术的成功应用。

据估计，中国通过二氧化碳—提高采收率法采油(EOR)和采气(EGR) 的二氧化碳达到100亿吨。况且，对油气田的评估也是在流域层面上进行的，研究者们利用现成的油气田所在地信息，只能得到较粗略的封存区域方案。与深部含盐水层不同，整体上油气田的地质构造更加精细和具体。

山东德州中国太阳谷基地零排放示范楼 摄影/章轲/CFP

山东德州中国太阳谷基地玻璃测试房 摄影/章轲/CFP

据中国科学院岩土力学研究所和美国西北太平洋国家实验室的联合研究表明，中国的大型二氧化碳点源中有五分之二位于油气田周边80公里范围之内，另外据估计中国16个陆地油田和3个海上油田通过EOR方式增加的产量可以达到70亿桶，这是中国目前年石油消费量的2.5倍。

二氧化碳源头和封存地点之间的近距离，再加上EOR生产可能带来的巨大收益，使得江汉地区成为一个近期CCS项目的热门候选地。

中国中南部的江汉油田周边50到150公里范围之内，有很多制氨工厂，每年生产化肥所排放的二氧化碳超过400万吨。二氧化碳源头和封存地点之间的近距离，再加上EOR生产可能带来的巨大收益，使得江汉地区成为一个近期CCS项目的热门候选地。

四川江油气田生产的原天然气中含有酸性气体，主要是二氧化碳和硫化氢，必须予以清除。而25公里之外的江油市有好几个大型低浓度二氧化碳工业点源。因此，这里具备低成本CCS示范项目的良好条件，低浓度工业二氧化碳不经捕获就可以与酸性气体混合起来用于EGR生产。

中国最大的电力生产商——华能集团将是中国第一个商业规模的IGCC设施，预计于2012到2013年投入运营。届时每年可以捕获2.5到3万吨二氧化碳，2017年则可以进一步提高。这个装机容量25万千瓦的IGCC发电厂正在天津附近的渤海湾中建设。

中国电力投资集团公司提出在北京附近的廊坊建一个IGCC设施，届时它可以捕获附近两个48.8万千瓦发电厂产生的合成气（即各种比例的二氧化碳与氢气的混合气体）中8%的二氧化碳。1公里之外就有一个油田，通过EOR进行封存成为该项目的最佳选择。现在这个项目正在等待政府的最后批准。

另外已经提出并等待政府批准的IGCC项目还有两个，一个在广东东莞，另一个在江苏连云港。东莞的项目将修建4座20万千瓦的IGCC机组，100公里外就有两个已经采空的油田；连云港项目最终设计容量为120万千瓦IGCC和130万千瓦的超超临界机组，这里距利苏北油田也只有200公里。两个项目都表示出对CCS与EOR相结合的兴趣。

在中国，如果使用CCS，必须多烧25%的煤炭才能生产出同样多的电力。对于第一座CCS电厂来说，这个造价确实太高了，大家都在期待它能最终降下来。

中国进行CCS示范的近期机会有很多，包括各个油气盆地，它们利用高纯二氧化碳或者混合废气来进行EOR和EGR生产的前景非常光明。现在建设中或正在规划的整体煤气化联合循环(IGCC)的项目有很多，这也表明了建立CCS试点项目的意向，比如内蒙的神华煤炭直接液化厂。

中国最大的煤炭生产企业——神华集团有一个中美合作项目，就是从鄂尔多斯盆地的煤炭直接液化工厂中收集高纯度二氧化碳。该项目预计2010年或2011年投入运转，最终的纯二氧化碳年处理量可以达到290万吨，大部分都将封存在附近的含盐水层中。

要实施碳捕获与封存（CCS），中国需要，同时也拥有必要的技术力量和充足的存储空间。尽管如此，广泛及时的应用仍然面临巨大的障碍。其中最主要的障碍有两个：一个是高昂的资金成本，另一个是目前碳捕获所需的巨大能源。二者相互关联，减少能源损耗就会让CCS的总成本下降。

根据卡内基·梅隆大学的学者爱德华·鲁宾的研究，目前对一个新建的后燃燃煤电厂来说，能源损耗在成本中的比例高达31%，整体煤气化联合循环（IGCC）电厂的比例为16%。在中国，如果使用CCS，必须多烧25%的煤炭，才能生产出同样多的电力。对于第一座CCS电厂来说，这个造价确实太高了，大家都在期待它能最终降下来。

还有一点很重要，就是目前碳减排所依赖的首选办法是提高能效、使用可再生能源和其他低成本的方式，CCS仅仅被当做这些方式的补充而已。

技术进步有望大大降低能源消耗，而且现在有很多研发努力正在中国内外进行，目的就是找到更高效廉价的碳捕获方式。纵观风能和太阳能等其他新兴能源技术的历史发展趋势，我们也有理由感到乐观。太阳能光伏板、风力发电机和天然气发电机的成本一直在下降，装机容量则在不断增加。因此，研发和大规模的示范项目将有助于CCS成本的降低。

中国也开始了自己的CCS研究，其中最为引人注目的是清华大学、浙江大学、中科院的几个研究所以及中石化和华能集团的研究机构所进行的工作。

在专门领域，国际上领先于中国的地方主要有三个：地下地质工程、长期监控和检验，以及远距离二氧化碳运输基础设施。将近40年前，美国在德克萨斯州建立起第一个EOR项目，在这方面拥有无与伦比的经验，因此美国应该在中国的CCS发展中发挥重要作用。

联合技术研发方面也可以进行国际合作，比如去年奥巴马总统访华期间提出的中美清洁能源联合研究中心。中国也开始了自己的CCS研究，其中最为引人注目的是清华大学、浙江大学、中科院的几个研究所以及中石化和华能集团的研究机构所进行的工作。中国企业，如华能集团核新奥集团也开发了煤炭液化技术，并与澳大利亚和美国开展合作。

国际社会还能为中国提供建议，建立一个确保CCS项目安全和效率的管理系统。最初的示范项目在选址、风险评估、环境影响评估和持续运转方面的表现至关重要，因为初始工作如果标准太低，就会让整个技术陷入困境，应用推广也会减速。

由于中国在该领域还没有一个全面性的管理系统，早期的示范项目尤其需要向工业化国家发展中的经验和最佳实践学习。欧盟和美国已经开始努力与中国分享其管理经验。在这一点上，非政府组织同样能做出卓越的贡献，世界资源研究所和清华大学之间的合作就是一个典范。

对任何单独的开发者来说，头几个大型示范项目注定是昂贵和“危险”的，而且中国对于这个技术仍然存在广泛的疑惑。

但是，仅有知识分享是不够的。要在中国实现CCS产业的助动启动，必须增加资金支援。对任何单独的开发者来说，头几个大型示范项目注定是昂贵和“危险”的，而且中国对于这个技术仍然存在广泛的疑惑。因此，要在中国建立多个最初的示范项目，试验不同的捕获技术和地质构造，国际资金援助至关重要。在这个碳紧缩的世界上，所有技术、政治和经济利益相关方都将从中受益。

对于CCS技术的应用和改进以及由此带来的成本降低来说，来自中国政府和国际资源的切实融资至关重要。目前需要大力财政支持的主要领域有三个：第一个是建立大型的综合性项目来测试商业规模的技术、获取经验、弄清管理事项，以及培养人力资源。第二个是对海上盆地的碳封存能力进行研究，以满足缺乏陆上封存能力的东南沿海密集地区的需要。第三个是对中国主要的陆上冲积盆地进行详细的地下地质评估，对现有的方法论去芜存菁，作出更加精确的估测。要让中国的CCS产业发展到也能够进行技术和专家出口的水平，还需要更深入的政策和经济驱动，比如直接监管、碳税收和排放控制补贴等。

要减少碳足迹，中国需要包括CCS在内的广泛减缓措施。诚然，要在中国发展CCS，眼前就有许多唾手可得的良机。但是这些机会是否能被把握住，就要看各国政府、国际机制以及企业之间合作努力的程度，是否能进行有效而迅速的融资、能力建设以及技术和知识转移。

这个合作的受益者不仅仅是中国，还有参与的各国，最终将是整个世界。