清洁煤之梦

吕　静

将燃煤变成低碳排放的清洁燃料的想法出现多年，发展这项技术的工程也已经启动，但全面得到应用离我们依然遥远

煤是最便宜和最丰富的化石能源，地球上的煤还可以为我们提供几百年的能源供应。问题是，若干年后，烧煤所释放的二氧化碳(CO2)可能使得我们这个星球不再适于人类居住。有没有办法可以让我们获得没有碳排放的能源呢？

煤炭技术人员认为，肯定有让煤达到零碳排放的办法。这就是，在煤燃烧的时候将其产生的CO2捕捉起来埋到地下，让它哪儿来哪儿去。地底下有足够的地方储存CO2，而且可以安全地储存数千年，这正是碳捕捉与储藏技术(CCS)的初衷。假如这项技术有朝一日能够达到我们的要求，那么，储煤丰富的美国、中国、印度等国家和地区就可以像两个世纪前的欧洲工业革命时期一样，在后工业年代中继续用煤做燃料。

政府的热情与冷清

CCS的想法最早要追溯到1979年。当时，国际应用系统分析研究所的塞萨里•马舍蒂提出了一套CO2的掩埋系统，马舍蒂认为这种技术可以作为一种应对气候改变碳排放的途径；但是这类项目直到1996年才开始实施。当时，挪威国家石油公司在北海司雷普纳威斯特气田分离天然气中的CO2，并将这些CO2重新压回海床之下的一个沙石蓄水层。目前，这个项目每年仍然掩埋100万吨的CO2。

如今，在加拿大萨斯喀彻温省伟伯恩和阿尔及利亚的萨拉赫也有了类似的系统。都是将CO2打回到现有的油井中，以助于将原油压出来。

虽然受到追捧，但这些项目并不能处理大型煤火力发电站所产生的具有庞大体积的CO2，也无从减少人类活动所排放的CO2总量——每年大约为240亿吨。要削减这些二氧化碳中的4%就需要1000个司雷普纳掩埋点。

除了上述这些配置，人们所有的就是一些混乱的研发项目了，其中很多项目还在蓝图设计阶段。2007年9月，美国一个叫做未来发电的工业社团宣布，伊利诺斯的麦图将成为测验CCS的新型发电站地点，他们计划从2013年开始在电站的岩石下掩埋CO2。当时，伊利诺斯州州长罗德•布拉格杰维奇也曾信心满满地说：“随着我们成为世界上最清洁的燃煤发电站之家，人们的烧煤传统将会焕发新的活力。”可是，6个星期后，由于政府对将要分担的13亿美元望而却步，该项目终于遭到了被废弃的命运。

尽管如此，CCS依然不缺少“粉丝”。去年10月，英国政府高级商务部长约翰•哈顿预测，到2030年，广泛应用的CCS“将使得超过英国1/3的电力由该技术产生”。而在德国，只有符合新能源政策的CCS才能与大量新型烧煤发电站结合起来使用。

然而不幸的是，在能源工业中却很少有人相信这些遥远目标会一蹴而就。麻省理工学院于去年发表的一项叫做“煤炭未来”的研究认为，世界上第一座CCS商业工厂最早也要在2030年投产。美国爱迪生电力协会的托马斯•库恩代理着美国绝大部分发电机，其中有一半是烧煤的，采用的是类似的生产线。去年9月，他告诉美国众议院，一个大型烧煤发电站CCS排放的商业配置需要25年的研发时间，花费大约为200亿美元。

再说回欧洲，欧盟称希望在2015年之前让12个示范性工厂运作起来。比如2007年11月，英国政府就宣布了建设一个30万千瓦的发电站，并将在北部海域之下开采完的油田里储存CO2，出乎意料的是，人们对支持这个项目并没有太多热情。欧盟在今年1月的一个能源政策的陈述中，再次声明其对CCS的热情，但是却警告说存在“欧盟预算中没有显著投资的可能性”。

现在，就CCS技术而言，形象最为光鲜的地方之一要算澳大利亚。这个国家对煤炭的依赖很重，所以在昆士兰的法尔维建了一座由政府支持的发电厂，这个电厂将燃烧未开采煤层中的甲烷，然后再将燃烧产物CO2掩埋回去。2006年，来自澳大利亚的工程师完成了一个在波兰南方西里西亚深煤层储存CO2的试验项目。今年，在由澳大利亚政府发起的一个项目中，10万吨CO2将被注入到维多利亚海岸的一个盐矿蓄水层中，这个过程将被严密监控。欧盟也在德国投资了一个类似的项目。

另外一个很热衷该项技术的国家就是中国。现在，天津郊外已经在建设一个包含有碳捕捉工厂的高技术煤炭发电站。

假如所有这些项目都按计划执行，那么，这些项目就将成为一个宏大的全球工业基础。届时，大约1/3由人类制造的来自较大的、固定来源的CO2将可以被捕捉。壳牌能源公司对该技术也很有热情，但却预计CCS系统至少要等到2050年才能广泛应用。

掩埋的危险

不管采取哪一种策略，任何一种值得做的CCS项目工程都是浩大的。煤会产生比其自身重3倍的CO2，这些CO2将被加压、液化然后运到可以掩埋到地下1公里或更深的地方，地下的压力使CO2继续保持液态。

那么，如何选择这些掩埋点呢？从表面上看，最合适的地点应该是那些采完了石油的空地，比如北海下的废弃油气田。那些岩石几百万年来一直装载着油气，所以也应该能够承受CO2，这是顺理成章的思路。

最近的研究显示，天然的CO2已经在北海米勒油田存放了1.2亿年。油气田可以存放1万亿吨的CO2，这个数量相当于我们50年的排放量。另外，还有一个可能掩埋的地点就是废弃的煤矿层，在这种结构中，CO2可以被表面为煤的岩层吸收。

那些深藏于地下的多孔岩石，比如沙石的表面覆盖着一层页岩或其他岩石的不渗透层，可以挡住CO2。这些岩石广泛地分布在大陆和海洋之下。据估计，这些岩层能存放10万亿吨CO2，或者说可以存放全人类大约500年的碳排放量。

那么，这些掩埋地点是不是安全呢？CCS系统的反对者回忆起1986年的一场灾难。当时，在喀麦隆的诺斯湖底突然喷射出100万吨CO2。由于CO2的密度比空气大，这些气体形成了一条毯子，导致1700人窒息。虽然这个事件完全是自然的，但却给我们描绘了一幅可能的图画。

地质学家并没有排除地震以后CO2灾难性释放的可能性。同时他们还注意到缓慢渗漏也是一个很重要的问题。CO2需要安全储存上千年，就算是一年泄漏0.01%(这是建议的工业标准)，那么，在1万年内，大约有2/3的CO2被泄漏掉。至于谁该对储存碳担负长期责任的法律问题至今也没有解决，这个问题有可能被证实为与核废料的辩论一样扯皮。不用说，下一步设计碳捕捉工厂，评估泄漏威胁该是CCS的主要研究重点。

引人注目的一个项目是将CO2注入到美国得克萨斯湾岸的上弗里奥一个由沙岩组成的结构中。这个地方原来也是装载石油的油田，现在已经灌满了盐水。发表在《地质学》杂志、由美国地质调查局的尤斯福•卡拉卡所做的一个有关上弗里奥项目的早期研究报告曾指出，在这样的结构中储存CO2可能有危险。CO2被盐水酸化，使之能溶解岩石中的金属氧化物，于是，最终可能在盖层中产生隧道，从而使得CO2逃逸。

但是，并不是所有的研究人员都担心这一点。英国地质调查局的尼克•瑞雷是上弗里奥项目的合作者，他认为这种泄漏方式的危险很轻微；他也同意有一定程度的酸化和少量CO2会在覆盖层岩石中流失，但他坚持认为这种流失不会造成问题。该项目的主要调研员，奥斯汀得州大学的苏珊•何福卡也同意这一点，她认为，CO2会通过化学反应逐渐被转变为碳酸盐的岩石，这样碳就被无限期地锁到了地下。

到目前为止，所有的实验都是小规模、短期的，大多数选址都是地质学家评估的最佳地点。但在现实社会中，何福卡指出，地质学家在寻找掩埋地点的时候还有需要选择靠近电厂的压力，这样，那些岩石的组成可能就没有那么完美了。她也承认至今还没有什么办法可以决定一种岩石结构在泄漏之前可以吸收多少CO2。发表在《水研究进展》杂志上的一项研究用数学模型显示，气体通过岩石的泄漏量是不可测验的。

不可能实现的零碳排放

由于所涉及到的CO2体积庞大，就算是从发电站将气体运输到掩埋点也不是那么简单的事情。据一项国际能源机构的研究估计，欧盟需要用15万公里长的管子来传输排放到北海的CO2。假如这个系统还要继续，那么也需要与之配套的庞大工业体系。

所以，必要的资本投入将是浩大的，任何一个CCS系统的运转费用也是惊人的。美国政府估计，CCS系统将使得燃煤火力发电的成本提高75%。这笔庞大的开支到底有多少，该由谁来埋单？

还有，就算最好的CCS系统也不可能捕捉所有的CO2，用现有的办法一般只能捕捉到85%的CO2。而实际应用的数据还会有出入，因为，CCS系统本身也要消耗10%～40%由化石燃料发电站所产生的能源。

另外需要考虑的因素是挖煤机械和运输煤炭到发电厂的卡车和火车等运输机械的耗能。所有这些，大概就要用掉1/4由这些煤炭发电站所产生的能源，而这一部分的碳排放在CCS系统运作之前是不会自动消失的。

把这些所有的算起来，我们得到了什么？根据斯图加特德国航空中心的彼得•万巴恩所发表的一份最为详尽的评估推算，最好的CCS设备最多可以降低烧煤发电站2/3的温室气体排放。与之相比较，绝大多数可再生能源技术终生的碳释放量却只有燃煤能源的1%～4%。

不管怎么说，人类到目前为止还没有打算过放弃烧煤，所以，CCS技术可能最终会在减少煤炭碳排放上起到重要的作用，进而对全球气候变暖危害的控制具有积极作用。不过，这类系统暂时还不大可能一夜之间变成现实。至于想把煤炭变成零排放的清洁能源，那恐怕仅仅是个梦想而已。