重归史前？

陆 源

重归史前？

陆 源

二氧化碳的排放量目前正以每年3%的速度增长，到2030年将达到每年120亿吨，到本世纪末将超过200亿吨。按这个速度来发展，到2100年，空气中的二氧化碳的聚集量将达到百万分之1100，整个地球的气候条件将逐步接近史前年代。

联合国邀各国元首说碳,面对碳关税中国应先动手。漫画/杨威/CFP

这并非时下流行的穿越故事。

如果不能抑制二氧化碳的排放，地球的气候将有可能回到数十亿年以前的状态：大气层和金星的大气层相类似，二氧化碳取代氮气成为主要成分；温室效应造成的高温，将不适合任何动物的生存，人类社会则将在这一进程中崩溃。

而造成这一切的主要原因，就在于人类的工业化进程使得碳的排放量已经远远超过了自然体系捕获碳的能力。

二氧化碳的排放量目前正以每年3%的速度增长，到2030年将达到每年120亿吨，到本世纪末将超过200亿吨。按这个速度来发展，到2100年，空气中的二氧化碳的聚集量将达到百万分之1100，整个地球的气候条件将逐步接近史前年代。

如何才能阻止这一进程继续发展下去？这真是个棘手的问题。作为补救措施之一，人类已经开始尝试将碳捕获与封存(CCS)，作为一种服务产品推向前台，并已经在部分地区进行试点。也许，一切都还来得及。

自然碳捕获

经过数亿年的时间，大部分二氧化碳都被“蓄碳池”体系所吸收。海水、绿色植被都是蓄碳池体系的组成部分。我们今天的海水里充满了远古时代的碳，其总量大约有35万亿吨。

数十亿年前，到处弥漫着二氧化碳的地球可不是如今生机盎然的模样，更不是个适宜居住的星球。

但自然改变了这一切。经过数亿年的时间，大部分二氧化碳都被“蓄碳池”体系所吸收。海水、绿色植被都是蓄碳池体系的组成部分。我们今天的海水里，充满了远古时代的碳，其总量大约有35万亿吨。而经过数千万年的时间，地球上的原始森林也吸进了数万亿吨的二氧化碳。

经过数十亿年的时间，被植物所捕获到的大多数二氧化碳都以更加固定的地质形态被“没收”，其形态包括石灰石、页岩，当然还有煤炭、石油和天然气等碳氢化合物。

直到大约500年前，这种捕获碳的过程都进行得十分顺利。植物已经将大气层中聚集的二氧化碳吸收得所剩无几——在空气中漂浮的二氧化碳浓度降低到每百万分之270，从而极大地降低了温室效应。

对能源需求贪得无厌的工业革命引发了碳氢化合物燃烧量的骤增，从而事与愿违地扭转了数亿年来碳储存的过程。

碳的循环在当时达到了一定的平衡：腐烂的植物或者火焰每排放一个二氧化碳分子，森林或者海洋就会重新吸收一个同样的分子。

事实上，当时的碳循环过程进行得甚至有些超前：每年地球的自然过程，向大气层中释放大约2100亿吨的二氧化碳，可是每年地球上的森林、大草原、热带丛林和海藻吸进了大约2130亿吨的二氧化碳，这意味着每年有大约30亿吨的“缓冲地带”。

这个缓冲地带足以消化任何由于森林大火、火山喷发，甚至是工业化前时代烟囱所产生的额外的二氧化碳排放量。

然而，从公元1500年开始，这种有利的趋势开始减缓下来。由于农业的发展和对木材的需要耗尽了森林，这个星球吸进碳的能力已经下降。更为重要的是，对能源需求贪得无厌的工业革命引发了碳氢化合物燃烧量的骤增，从而事与愿违地扭转了数亿年来碳储存的过程。

德国绿党成员在巴伐利亚阿尔卑斯山区举行会议，讨论应对气候变化对策。摄影/JohannesSimon/GettyImages/CFP

从18世纪末以来，人为的二氧化碳排放量已经从微不足道的每年1亿吨上升到每年63亿吨，大约比生物圈所能轻易吸收的量多了一倍。

从18世纪末以来，人为的二氧化碳排放量已经从微不足道的每年1亿吨上升到每年63亿吨，大约比生物圈所能轻易吸收的量多了一倍。由于每年进入大气层中的碳量比被捕获的碳量多出32亿吨左右，所以大气层中碳的聚集量已经开始上升，现在已经超过了每百万分之370。

皮乌全球气候研究中心研究员本·普雷斯顿说：“即使人类今天停止了所有二氧化碳的排放，那么我们还得等上两三个世纪的时间，才能等到自然界的蓄碳池将已经在大气层中多余二氧化碳吸收掉，并让二氧化碳的聚集恢复到工业化以前的水平。”

人类想当捕碳者

将能源工业和其他行业生产中产生的二氧化碳分离、搜集，并集中封存于地下数千米的地质层中与大气隔绝——这个充满想象力的构想，如今几乎突破所有的技术障碍。

在这样的背景下，人类开始尝试自己进行碳捕获与封存。

将能源工业和其他行业生产中产生的二氧化碳分离、搜集，并集中封存于地下数千米的地质层中与大气隔绝——这个充满想象力的构想，如今几乎突破所有的技术障碍。

普林斯顿大学的两位科学家RobertSocolow和StephenPacala在2004年发表的研究报告中指出，15项现有技术均可帮助人们在2054年以前实现每年减少10亿吨的碳排放量，而碳捕获与碳封存技术就是其中之一。

该技术可以将原本会被排放到大气中90%的二氧化碳安全地捕获并封存于地下，已被公认是大规模开发低碳能源和可持续使用化石燃料的关键。

“在CCS技术的价值链上，单个环节的技术是成熟的，但依然需要在示范项目，特别是煤电项目中测试整个系统，通过实践来检验系统的综合性能，并找到降低成本的方法。”

“我们认为，在CCS技术的价值链上，单个环节的技术是成熟的，但依然需要在示范项目，特别是煤电项目中测试整个系统。通过实践，来检验系统的综合性能，并找到降低成本的方法。”壳牌集团未来燃料与二氧化碳事务部二氧化碳政策总经理沃尔夫冈·海德格说。

二氧化碳捕获和封存技术在具体实践中同样分为“碳捕获”和“碳封存”两个步骤进行。对于碳捕获而言，人们现今已掌握了三种最主要的安全可行的技术路径：燃烧后捕获燃烧前捕获和富氧燃烧捕获。

其中，燃烧后捕获是指，从化石燃料燃烧后产生的废气中，采用液体溶剂和加热的方式将二氧化碳分离出来，而燃烧前捕获则是，首先将化石燃料转化为氢气和二氧化碳的混合气体，然后二氧化碳被液体溶剂或固体吸附剂吸收，再通过加热或减压，得以释放和集中。

与燃烧后捕获相比，燃料前捕获中碳的压力和浓度均相对较高——这使得碳的分离更为容易，同时也提供了进一步应用新型碳捕获技术的可能性。而如今正在实验室或试点项目中小规模使用的富氧燃烧技术，同样涉及燃料燃烧过程，但不同之处在于——助燃剂是氧气而非空气——燃烧后的废气也主要由水蒸气和高浓度的二氧化碳构成。

而从地质学角度看，实际上有三类地质层均能用来封存二氧化碳，其中最具吸引力的当属现有的油田和气田。

碳封存技术的现实应用则需要首先寻找到适宜封存二氧化碳并使其与大气完全隔绝的地质层。而从地质学角度看，实际上有三类地质层均能用来封存二氧化碳，其中最具吸引力的当属现有的油田和气田。

基于人们对产油层和产气层的地质概况的深入了解，油田和气田已被证实可以容纳碳氢化合物。而更重要的是，将二氧化碳回注油田，能显著提高油田采收率多达5%至15%，并可相应地延长油井生产寿命——这种“化腐朽为神奇”之术，实质上已成功地帮助了不少产量日减的油田得以增产延寿。

第二类地质层是不含碳氢化合物的圈闭（一种能阻止油气继续运移，并能在其中聚集的场所），但它具有和含油层、含气层和煤层类似的结构。

第三种就是底水—深度蓄水盐层，由于盐层的分布面积广大，因而被推举为一种长久的碳封存解决方案。

CSS的财务风险

到2030年，全球一次能源需求增长可达50%，化石燃料将继续占据主导地位。届时，全球的电力需求也预计将增长50%以上，并且大部分电力仍将是以煤炭为燃料生产的。

墨西哥坎昆国际机场，三名绿色和平组织成员装扮成北极熊，呼吁社会关注全球气候变暖。摄影/Greenpeace/GustavoGraf/CFP

CCS已经引起了众多能源公司的兴趣。

对于这些支持CCS的能源公司而言，CCS可以保护煤炭等碳氢化合物不动产的价值，而后者正承受着巨大的减排压力。

以化石燃料作为主要原料的发电业，是目前最大的二氧化碳气体排放源，占能源行业碳排放总量的40%以上，而其中多达75%的排放更是来源于煤炭发电。在所有的化石燃料中，低廉的价格和丰富的储量，使得煤炭成为了发电业所倚重的主要原料来源。

据国际能源署预测，到2030年，全球一次能源需求增长可达50%，化石燃料将继续占据主导地位。届时，全球的电力需求也预计将增长50%以上，并且大部分电力仍将是以煤炭为燃料生产的。

如果CCS得到大规模应用，煤炭和天然气等化石燃料原料将被转换为氢气和二氧化碳，氢气用于大规模的清洁电力生产，而二氧化碳则通过碳捕获项技术实现捕获和集中，并注入油气田以获取额外油气产量。

不过，CCS目前仍意味着是能源密集和成本高昂。在一个中型燃煤电厂，CCS会降低该厂整体能源效率约10%，并新增几个亿美元的投资成本，其存储也将需要接受当局和当地社区的规划。这给CCS的商业化进程带来了障碍。

“大型的CCS项目会面临财务风险，因为它们是长期投资。现在，没有经济回报来支持大规模运作CCS。政府应当出台政策，保证CCS的投资回报。”海德格说。

来自碳捕获与封存协会(CCSA)的JeffChapman也表示：“二氧化碳捕获和封存技术并不存在技术障碍和实质性障碍，眼前唯一需要的就是好的政策。”

（编辑/任红）