中国工程院院士、四川大学校长谢和平我国CO2减排应向CCU发展

本刊记者/陈道隆 刘荣

2012年7月版的《四川大学学报》上刊登了中国工程院院士、四川大学校长谢和平的最新研究成果，在这篇名为《全球二氧化碳减排不应是CCS，应是CCU》的文章中，谢和平认为与其将二氧化碳封存起来，不如实现高效利用。

那么，在CCS（碳捕获与封存）和CCUS（碳捕获，利用与封存）技术备受瞩目的背景下，谢和平提出的CCU（碳捕获与利用）技术会给我国二氧化碳减排技术研究带来哪些启发？

记者：说到二氧化碳的处理技术，无论是CCS技术还是CCUS技术，现在都是人们议论的焦点。而您却说CCU技术才是二氧化碳减排未来的发展方向，您这么说的理由是什么？

谢和平：我国是世界上主要的能源消费国，也是主要的煤炭消费国，二氧化碳排放量巨大，因此我国政府密切关注着CCS技术的发展动向。不过CCS对二氧化碳的捕获与封存是一种纯投入的环保技术，不带来直接经济效益，其持续性必将受到影响。所以越来越多的人开始思考是否能在捕获二氧化碳之后，对其进行有效利用。为此，我国提出了CCS向CCUS方向转变的思路，很快得到国际同仁认可。

但从目前CCS和CCUS的全球发展情况看，即使是运行最好的CCUS项目，二氧化碳利用所带来的经济效益也非常有限，远远覆盖不了高额的项目投资成本。CCUS技术如果没有出现重大技术创新和应用领域的重大突破，如果没有实现成本效益的显著提高，任何国家都难以做到仅靠政府财政投入来支撑大规模推广应用。更何况对于我国这样的发展中国家而言，首要任务是解决贫困和确保发展，如果单纯为了控制二氧化碳的排放，额外增加碳排放企业的能源消耗和投资运营成本，显然不合情理。因此，从目前CCUS技术水平的经济性来看，我国制定鼓励大规模推广CCUS产业政策还远未到合适时机。

同时，根据全球CCS研究院（GlobalCCS Institute，GCCSI）的调查，全球73个上规模的CCS项目中，正在运行和建设之中的项目仅有15个，其余58个项目仍处于前期规划和设计阶段，且多数项目属于油气田强化开采项目，即二氧化碳驱油（CCS+EOR）项目，涉及到电厂捕集的项目只占少数比例。目前二氧化碳捕集、净化、运输和封存各单项环节都有示范运行项目，但除了在油气田驱油项目之外，尚无一体化、商业化经营的项目，全球范围内也没有成熟的商业模式和运营经验推广。更重要的是，涉及CCUS有关的立法、融资、公众接受、社会安全与责任、监管等一系列政策法规体系的建设还需要相当长的时间进行研究。这套政策法规体系是否完备是大规模发展CCS的先决条件，但我国目前显然还不具备这个条件。

其次，尽管对于CCS项目而言，投入大、能耗高、无效益、激励政策不明朗、社会认知度不高等问题都能随时间推移被淡化，但地质存储争议却是阻碍CCS技术发展的致命“硬伤”。因为若要封存二氧化碳，则必须将其注入到超过1000米深的地层，如此一来，二氧化碳便会与地层中的岩石、地下水发生物理化学变化，影响地质结构的长期稳定，造成地表变形，甚至诱发地震。

这并不是人们的臆想，在国际能源署的资料中都有相关事件记载。1986年喀麦隆地震导致120万吨二氧化碳从尼奥斯湖中泄露出来，造成1700人死亡；阿尔及利亚Salah项目的二氧化碳封存工程现场监测数据表明，每年地表的拱起程度达到了5毫米；美国科罗拉多州的Rangely油田现场测试表明，将液体注入多孔介质中能够诱发微地震活动，而德克萨斯州的油田高压注射钻井附近则频繁发生微地震现象。

这些问题的暴露，让人们越来越难以预料二氧化碳地质封存可能存在的风险，也使CCS前景堪忧。过去一年中，德国在CCS立法问题的讨论上出现了各种争议和分歧，而全球已有5个规划中的CCS项目宣告退出。有乐观人士认为我国具有很大的封存能力，可实际上二氧化碳封存有太多未知问题，其不确定性和潜在的风险远远超出人们的想象，再加上我国地质结构十分复杂，CCS地质封存可能会遇到比其他国家更加难以想象的困难。

目前也有人寄希望于二氧化碳驱油（即将二氧化碳注入油层以提高采油率），认为这是目前最好的二氧化碳埋存方法，但驱油和封存有着本质区别—驱油对二氧化碳的封存作用时间最长不超过40年，而CCS封存的时间跨度却达到了几百年甚至几千年；驱油项目所用的二氧化碳约2/3还会回到地表，而封存项目则要将二氧化碳永久封存于地下。因此，二氧化碳驱油只是短期内开展CCUS项目的权宜之计，而不能作为长久之选。

第三，如果在一定时期内，CCS的技术经济性难有重大突破，必将面临与可再生能源或其他低碳减排技术的激烈竞争，势必会影响投资者对CCS的投资决策。同时，CCS项目投资大、回报小的现实也会使其受到碳排放企业的消极抵触，最终制约其发展。

很多国际组织和国家政策制定者认为：公众的认同是大规模推行二氧化碳封存面临的主要挑战。但据调查显示，普通公众对二氧化碳封存可能引发的风险（如水土污染、地震等）并不了解，仅有3%～6%的公众表示了对二氧化碳地质封存风险的担忧。与此同时，专家们也指出由于所掌握的实际数据非常有限，很难准确地说明风险严重性。因此，如果没有足够详实的CCS项目经验数据，没有严密的公众咨询过程，要获得民众对规划项目的认同是非常困难的。

鉴于目前CCS，尤其是二氧化碳地质封存在政策、技术、社会认知和接受程度上的障碍和制约，我们才提出了全球二氧化碳减排不应是CCS，而应是CCU的发展新理念，即应将二氧化碳作为一种资源充分开发利用。

记者：与CCS、CCUS相比，CCU的优势是什么？它如何实现二氧化碳的高效利用？

谢和平：CCU技术是我国在二氧化碳大规模利用技术研究上取得的创新和突破，它避开了二氧化碳地质封存的各种风险和不确定性，从而保证了二氧化碳末端减排技术的经济性、安全性、稳定性和持续性，不仅适合我国国情，也是实际可行的大规模减排并开发利用二氧化碳的有效办法。

实际上，利用二氧化碳生产高分子聚合物等化工产品，或将其转化为甲醇、石油等能源产品，以及利用地球上广泛存在的橄榄石、蛇纹石等碱土金属氧化物实现二氧化碳矿化早已被人们熟知。但这些方式消耗的二氧化碳量少，减排效果不明显，且成本高，因此大规模应用的可能性较小。但众所周知，天然矿物或工业废料中蕴含着丰富的镁、钾、硫、钛等人类所需的资源，若能通过二氧化碳矿化分离出这些资源，不失为一条两全其美的利用二氧化碳的有效途径。于是，经过我们研究小组的攻关，利用天然矿物和固废资源大规模矿化二氧化碳的CCU技术就此诞生。该技术将二氧化碳作为一种资源，在低能耗、低成本条件下，利用二氧化碳矿化，转化联产高附加值化工产品，真正实现了二氧化碳的高效利用。

记者：大规模推行CCU技术需要满足哪些条件？针对目前我国的实际情况，可以通过哪些方式实现CCU的应用？

谢和平：要想CCU技术经济可行，并能大规模发展，首先要保证用来矿化利用二氧化碳的原料资源丰富、容易获取，且价格低廉。结合这几条因素，经过综合分析，我们的研究小组也为我国CCU技术的发展选择了3条参考途径。

首先，可以利用氯化镁矿化二氧化碳联产盐酸和碳酸镁。氯化镁是海水、盐湖中镁的主要形式，我国海域中镁离子含量达到0.13%，四大盐湖区镁盐储量达数十亿吨，可以说氯化镁来源非常丰富。我们的实验结果表明，10吨六水合氯化镁就能矿化1.5吨二氧化碳，约产出5吨36%的盐酸和2.9吨的碳酸镁。其中盐酸是重要的化工原料，而碳酸镁则可作为耐火材料、锅炉和管道的保温材料，以及食品、药品、化妆品等的添加剂。这一路线具有较好的应用前景和利润空间。

其次，可以利用磷石膏固废矿化二氧化碳联产硫基复合肥。磷石膏是湿法磷酸生产过程中产生的工业固废，目前仍没有切实可行的办法处理这种废料。据统计，我国每年约有5000万吨的磷石膏产出量，已堆积的磷石膏固废超过5亿吨。如何处理这些无法利用的磷石膏固废，现在已经成为磷酸行业亟待解决的关键问题。我们通过实验发现，每10吨磷石膏能够矿化2.5吨二氧化碳，并且还能将磷石膏变废为宝，转化为化肥及建筑材料。可以说这是一条具有较好利润空间和工业可行性的技术路线。目前我们已经与中石化联合成立了研究院，即将在四川达州进行中试和示范工程建设。

第三，除了上述两条路线，我们还可以发掘其他可能的二氧化碳矿化利用技术。自然界中的很多矿物都可以转化为高附加值的化工产品。例如，钾长石中含有丰富的钾元素，且储量巨大，而利用钾长石矿化二氧化碳，不仅可以实现二氧化碳减排，同时还能提取出稀缺的钾元素联产钾肥；而利用钙钛矿中的钙离子矿化二氧化碳，能够获得高附加值的二氧化钛。目前我们的研究小组也在对钾长石或钙钛矿矿化二氧化碳技术进行进一步探索。

随着二氧化碳矿化技术和矿物活化技术的发展，以及新的矿化路径的提出，基于二氧化碳矿化利用的CCU技术完全可能成为减排二氧化碳的有效办法，并实现大规模的工业应用。

记者：如此说来，CCU技术的应用真的令人期待，但也不能操之过急。那么在您看来怎样才能使CCU技术在我国得到良性发展？

谢和平：当然，所有事情的发展都不是一蹴而就的，对于我国CCU技术的发展来说，同样也需要制定合理的发展计划，分阶段实施。

第一阶段的重点一方面是要搭建国家产学研科技示范平台，组织科技攻关，对主要的大规模二氧化碳矿化技术路线进行规模化实验，提出有关的技术经济参数，并对工程项目进行商业化可行性论证研究。另一方面，还要对我国氯化镁和石膏等二氧化碳矿化资源的分布、数量、品质等情况进行调查，对高纯度二氧化碳排放源进行资源分布和资源量的研究，全面掌握我国矿化资源与二氧化碳资源的种类、品质以及地域分布特点。

第二阶段的任务主要是组建二氧化碳矿化产业联盟开展技术集成与示范工程，组织跨产业部门的技术集成与工业化CCU技术试验与示范工程。我们可以先对精细化工、煤化工以及二氧化碳天然气开发过程中产生的较高纯度二氧化碳实施二氧化碳矿化工程，再逐步进行二氧化碳矿化工业示范和商业模式的探讨。

第三阶段就可以全面实施工业化的二氧化碳矿化CCU路线，捕获燃煤电厂的二氧化碳，进行工业化的二氧化碳矿化及利用开发，打造CCU产业链。同时，根据我国二氧化碳排放源和二氧化碳矿化资源总体分布的特征，进一步规划我国CCU发展战略的整体布局，逐步推广大规模二氧化碳矿化的末端减排技术。

尽管我们提出的CCU技术（即将二氧化碳作为资源来利用）是我国乃至全球二氧化碳减排发展的方向和重点，但这其中还有很多关键技术难题等待科学家们去破解。目前我们课题组正在探索工业二氧化碳烟气直接矿化利用的新技术和新方法，即由CCU直接为CU，不需要经过二氧化碳捕获、分离、提纯的过程，更好地实现将二氧化碳作为资源高效转化利用并大规模工业化应用。