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碳捕获与封存:真正的解决方案还是创可贴?

长期讨论但很少使用的碳捕获和存储项目正在全球范围内兴起

这个正在建造中的码头挪威将用轮船接收废弃的二氧化碳,并通过管道将其输送到海底含水层。图片来源:北极光。

本文最初发表于360年耶鲁大学环境。

今年夏天,挪威公司“北极光”(Northern Lights)将在海底以下约8500英尺的含水层钻第二条井线,为接收液化废弃二氧化碳做好准备。该项目将是欧洲第一个从水泥制造商到废物转化为能源的工厂等一系列工业客户那里收集温室垃圾,并将其运出海葬的项目。这种新型垃圾收集器有望于2024年启动,并希望最终达到每年吸收700万吨二氧化碳的水平。

捕获工业排放的二氧化碳并将其锁在地下的想法并不新鲜。挪威国有石油公司Equinor(前身为挪威国家石油公司)几十年来一直从事碳捕获和储存(CCS)工作,大约花费了一年的时间每年100万吨.但长期以来,CCS在全球范围内受到极大的限制——主要是因为它是一项昂贵的努力,没有可销售的产品。截至2021年年中,只有大约30个大型项目在全球范围内运行,每年锁定约4000万吨,仅占全球排放量的0.1%。

随着“北极光”等项目的上线,这种情况开始改变。由于欧洲碳价格的上涨,美国对CCS的税收减免,国家的净零目标,以及减少全球排放的迫切性,CCS正焕发出新的热情——包括那些难以减少碳排放的行业的新客户。2021年,全球计划的CCS项目大幅增加:如果所有项目都进行下去,碳捕获几乎会.而这可能只是一个开始。

尽管政府间气候变化专门委员会(IPCC)最近的报告预计,不进行碳捕集,也有可能将升温控制在2摄氏度以下,但该报告的大部分未来情景都涉及到大量的CCS。在政府间气候变化专门委员会评估的近100条将升温控制在1.5°C以下的途径中,平均为665亿公吨到2100年将捕获并储存大量的二氧化碳。国际能源署(International Energy Agency)预计,实现净零碳排放目标将需要惊人的举措11.5亿公吨相比之下,现在的二氧化碳排放量为每年4000万吨。

这让一些分析人士为“北极光”等先驱者鼓掌。CCS的支持者将其视为快速实现净零排放的唯一可行途径,并被锁定水泥和钢铁制造等臭名昭著的污染行业排放的新兴趣所鼓舞。伦敦帝国理工学院的能源系统工程师尼尔•麦克•道尔表示:“这是最经济的转型不可或缺的一部分。”“有这么多的碳捕获计划——据我所知,这个星球上的每个国家似乎都在做一些事情。这是好消息。”

碳捕获和储存。

但也有人担忧地关注着这一趋势,他们指出,到目前为止,绝大多数CCS项目都给了石油公司更多开采石油的动力,导致了一场危机增加净排放。国际环境法中心发布了一份该死的报告去年7月,他谴责该技术拖延了脱碳,以及其他环境罪行。今年1月,数百名加拿大学者签署了一份抗议的信要求他们的政府通过CCS税收抵免,因为担心这只是对化石燃料行业的补贴。曼彻斯特大学(Manchester University)气候变化政治研究员、加拿大那封抗议信的签名者马修•帕特森(Matthew Paterson)表示:“(CCS)从一开始就是以这种方式被使用的,以拖延放弃化石燃料的行动。”“我看不出这方面有什么变化。”

新的激励措施正在出现

CCS的想法很简单:捕获从某些工业过程中排放的二氧化碳,将其浓缩、压缩,并将其泵入地下一个天然的洞中,在那里盖上岩石,防止其泄漏出去。有些讽刺的是,有些废物需要清洗,这样二氧化碳才足够纯净,可以处理;排放物中过多的氮会使其稀释到无法压缩和封存。

所有这些都要花钱,而且直到最近都没有太多动力去做。“这些公司都不是慈善机构,”Mac Dowell说。Equinor之所以在几十年前启动,是因为挪威是世界上最早征收碳排放税的国家之一,这使得掩埋二氧化碳比排放二氧化碳更便宜。到目前为止,绝大多数CCS项目都是在美国进行的,目的是为了提高石油采收率:公司将二氧化碳排放到地下,迫使更多的化石燃料产生,从而获得现金奖励(同时,有争议的是,这会从更多的石油中产生更多的排放)。

现在,其他激励措施也开始实施。根据45Q节的税收抵免,美国对CCS有一项新的税收减免,最高可达每吨50美元。加拿大的联邦碳排放价格目前约为每吨40美元。此外,在欧洲,欧洲碳交易计划(European Trading Scheme)的碳价格自2017年以来飙升至每吨近100美元的高点。这些数字徘徊在与CCS相同的价格附近,CCS的成本低至每吨几十美元到100多美元,取决于需要清理多少二氧化碳和需要运输多远等因素。这意味着CCS在其他行业看起来更可行。

以水泥为例。道路和建筑所需的大量混凝土使其成为地球上仅次于清洁水的第二大消费产品。该行业一手造成了全球6.5%的排放。其中一部分是由于在发电过程中燃烧了化石燃料,而这些燃料可以通过使用替代能源——主要是焚烧城市垃圾——来回收。但伦敦帝国理工学院(Imperial College London)的化学工程师保罗·芬内尔(Paul Fennell)指出,水泥的大部分二氧化碳排放来自于制造水泥的石灰石的分解,这是非常非常难以避免的。

虽然有一些新的替代水泥使用了完全不同的成分,但它们的性能与普通水泥不同,要实现这种转变就需要大规模重写建筑法规。所以,芬内尔说,碳捕获是最好的方法让水泥在未来几十年成为零排放产业。政府间气候变化专门委员会对此表示赞同,称CCS是水泥和化学品生产的“关键缓解方案”。

低排放强度石灰和水泥项目的窑设计用于碳捕获,位于比利时Lixhe。图片来源:LEILAC。

用于水泥的CCS技术正在进行中。欧盟的低排放强度石灰和水泥(LEILAC)项目现在正在试验一种略有不同的窑设计。这一简单的调整将燃料的排放与石灰石中更纯的二氧化碳排放分离开来,因此石灰石可以被运走埋葬。北极光的第一批客户之一是Norcem该公司目前正在挪威布雷维克的水泥厂安装碳捕集装置,计划于2024年完工。

钢铁生产是另一个肮脏的行业,是CCS成熟的客户。中国的碳排放占全球总量的7%,这在很大程度上要归功于中国使用煤炭分解铁矿石。芬内尔说,有一些很有前途的新技术可以大大减少这种消耗,特别是用氢取代煤。但他说,碳捕获提供了一种清除剩余排放的方法。他指出,沙特阿拉伯的一家钢铁厂自2016年以来已成功使用CCS技术。

CCS的另一个候选者是能源密集型的未来燃料生产,如氢和氨。预计它们将在能源部门发挥巨大作用,特别是对包括航运在内的部分运输部门。氢和通过将水与来自风能或太阳能的可再生电力相结合,就可以获得“绿色”产品,而无需碳。这在经济上变得越来越可行。但与此同时,许多分析师预测,在混合燃料中会有大量所谓的“蓝色”产品:从化石燃料中提取的氢或氨,但使用CCS来储存二氧化碳排放。许多这样的项目正在建设中,包括一个巨大的蓝色氨工厂阿布扎比,另一个在路易斯安那州

芬内尔认为,未来将会有成群的新型高效工业工厂并排建造,这样它们的排放就可以一起通过管道排出。英国2021年宣布了一些这样的集群.荷兰的目标是收集工业排放,并将它们埋在北海Porthos CCS项目.北极光希望在船上也能达到同样的效果。该公司的计划是用船从分散在德国、法国、冰岛、爱尔兰和芬兰北部海岸的客户处收集液化二氧化碳,将它们全部运到位于挪威的母港,然后通过管道输送到离岸的一个单一的储油库。

“北极光”项目第一阶段80%的资金来自挪威政府,这使得公司可以免费进行二氧化碳垃圾的收集和处理。北极光通讯总监Kim Bye Bruun说,政府的推动“打破了我们多年来一直处于的先有鸡还是先有蛋的局面”。他说:“排放者没有地方储存他们的二氧化碳,储存设施也没有理由建造管道。”这种情况现在正在改变,尽管这并非一帆风顺。“我们面临着挑战——我们所做的一切都是新的。合同是新的。这是一个新市场,”布鲁恩说。“这需要做很多工作。”

CCS有它自己的环境问题,从需要清除稀释的二氧化碳流,需要在敏感地区修建管道可能造成的破坏,需要泄漏的可能性。

最近的一次特殊的问题国际温室气体控制杂志结论:地质泄漏不太可能发生,可以及时发现并加以封堵。Mac Dowell说,这使得长期储存在地下比长期储存在可能被森林大火破坏的树上更安全。但即使是很小的泄漏也会导致当地的健康问题,因为二氧化碳是一种比空气重的气体,会让人窒息,让人感到困惑:2020年2月,密西西比州的一个二氧化碳管道泄漏49人去医院。

这是一个哲学问题

但主要问题更具有哲学意义。对许多人来说,净零碳的理想愿景包括深度和快速脱碳,让人类摆脱对化石燃料的依赖。随着风能和太阳能价格的暴跌,鼓励发展一种延长石油或煤炭使用的废物处理技术似乎是一种倒退。

国际环境法中心(Center for International Environmental Law)写道,即使是对于难以脱碳的行业,“CCS也不是解决之道”,特别是因为捕获这些行业的排放需要进行昂贵的改造,这使其难以维持。批评人士认为,只要有更环保的选择,就应该首先或唯一优先考虑——比如绿色氢气(使用可再生能源生产),而不是蓝色氢气。萨斯喀彻温省里贾纳大学研究燃料过渡的艾米丽·伊顿说:“应该对使用CCS来支持化石燃料工业,包括蓝色氢,给出一个严格的‘不’。”她也是加拿大抗议信的另一个签名者。“所有的科学都告诉我们,我们现在需要开始逐步停止化石燃料生产,而不仅仅是降低其排放。

对包括Mac Dowell在内的其他人来说,CCS即使被用于化石燃料也没有道德问题:排放不会进入空气,而且它减少了一些硬能源转型的经济痛苦。Mac Dowell说,重要的是要记住,像风能和太阳能这样的可再生能源也有自己的问题,从儿童和强迫劳动到矿物开采造成的环境污染。“我认为我们想要的是周到、可靠的能源供应,同时又不破坏环境,”他说。对他来说,这并不意味着脱碳是首要任务。

比如气候倡导组织“灭绝叛乱”,认为这两个观点“不管你对CCS的争论持何种态度,碳捕获和储存至少应该成为讨论的一部分,”报告总结道。

正如北极光项目所显示的那样,要使这些项目顺利进行,需要大量的政策工具,从拨款到税收减免到碳定价;目前还不清楚,是否有足够多的国家将CCS提升到IPCC许多预测的规模。Mac Dowell就希望如此。“好了,现在我们有了净零目标,我们需要做什么?”他说。“答案是一切都要尽可能快。我们需要一切,就在昨天。”


尼古拉·琼斯是一名自由撰稿人,住在不列颠哥伦比亚省彭伯顿。她拥有化学和海洋学的背景,擅长撰写自然科学方面的文章。

2的评论

  1. iconoclast2222||# 1

    我怀疑不是,但是(从热力学上讲?)有可能把二氧化碳转化为固体碳酸盐来储存吗?

    1. JC72||#2

      是的,尝试这样做的项目已经进行了10多年。

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