我国CCS技术发展现状及问题分析

李 莎

（长江大学石油工程学院，湖北 武汉 430100）

近年来，受温室气体（主要是CO2）大量排放的影响，全球气候变暖，自然灾害频频发生。气候变暖逐渐引起世界各国的广泛关注，各国政府都在通过研究及合作从技术、政策、法律等方面寻求长期而有效的解决方法。近几年来兴起的CCS技术逐渐成为世界的宠儿，世界各国都将这一技术当作研究的热点。作为低碳技术的一部分，CCS技术较新能源及可再生能源技术和节能技术及提高能效技术这两种低碳技术有着明显的优势。新能源及可再生能源技术要实现商业化，在技术上还存在很多难题，实际减排效果并不理想；节能技术及提高能效技术则存在实现CO2减排技术上的极限。而CCS技术不仅能保证化石燃料的继续使用，而且具有巨大的CO2减排灵活性的潜力。短时间内，我国以煤炭为主的能源结构很难改变，而CO2的主要来源正是以煤炭作为燃料的发电厂，因此，发展CCS技术是符合我国当前国情的一个好的选择。IEA（国际能源署）指出，直到21世纪中期，CCS技术都将在温室气体的减排蓝图中发挥至关重要的作用［1-6］。

1 CCS技术简介［7-11］

CCS（carbon capture and storage），即 CO2捕获和封存。CCS技术是指通过CO2捕集技术将CO2从工业和相关能源产业排放源中分离出来，再通过碳储存手段将其输送并封存到海底或地下等与大气隔绝的地方。CCS技术主要包括CO2捕集及封存2部分。

1.1 CO2 捕集技术

CO2捕集技术可以分为3类：燃烧前捕集、富氧燃烧捕集、燃烧后捕集。燃烧前捕集就是将燃料经过重整或气化重整转化成煤气。最为常见的是煤气化联合循环发电（IGCC），该法可以获得较高压力和浓度的CO2，但仍然面临着投资成本太高、可靠性有待提高等问题。富氧燃烧捕集是采用O2/CO2燃烧方式获得高浓度CO2（一般可达90%）的一种捕集技术。缺点在于空分系统制氧成本较高，以及CO2回收压力较低，需要增压运输。燃烧后捕集是在烟气排放前捕集CO2的一种捕集技术。应用比较广泛的是化学溶剂吸收法。但是，普通烟气压力低、CO2浓度低，导致了捕集费用高、捕集装置庞大等一系列问题。目前，燃烧前捕集和燃烧后捕集技术基本已商业化，而富氧燃烧技术正处于示范阶段。但是，相对另外2种捕集技术，富氧燃烧技术由于具有CO2浓度高这一显著优势而更有发展潜力。

1.2 CO2 封存技术

CO2封存的方法一般可分为地质封存和海洋封存2类，这2种方法均具有储量巨大、有效期长的优点，发展潜力巨大。

地质封存是将超临界的CO2注入到地质构造并封存的技术。常用的地质封存点有不可开采煤田、废弃油气田及咸水层等。如果以750×10-6作为稳定CO2质量分数进行分析，CO2经济的地质封存量大约在2 200亿t～22 000亿t。那么，直到2100年，地质封存方法对CO2减排的贡献度可达55%。不过，地质封存方法的缺点是，一旦CO2在注入地层的过程中泄漏到蓄水层，不仅会影响地下水，而且可能影响土壤环境，从而对生态系统造成影响。因此，研究地质封存的过程中应该将CO2泄漏作为一项重要部分，尽可能地降低CO2泄漏的风险。目前，在我国研究和应用比较多的是CO2-EOR及咸水层封存。

海洋封存是直接将CO2注入到海洋水体或海底的技术。由于CO2注入海底可能会导致海底局部酸化及CO2注入海洋和海底是否合法还不确定等，目前，各国几乎都不可能冒险大力发展该技术。因此，地质封存将成为世界各国主要的研究方向。

2 国内发展现状

在我国，针对CCS技术的相关研究较少。比如，对CO2的压缩与净化、长距离管输过程中CO2化学腐蚀机理与规律及CO2在地质构造中吸附和迁移的机理与规律等问题的研究在国内几乎处于空白状态。目前，我国开展的CCS项目也只有少数几个，包括Yanta IGCC、NZEC、COACH等，而且基本都处于研发阶段。在我国，CO2捕集法主要用于CO2浓度高、易捕集的天然气净化、炼油、制氢等工业过程，在CO2排放量最大的发电厂的应用还很少。我国CCS技术大多都采用燃烧后捕集的方式，在工业上也主要用于提高采油率，即CO2-EOR技术。2006年，我国第1个规模化的CO2-EOR试验项目在吉林油田开展；2008年，华能集团建立了我国首个燃煤电厂CO2捕集示范工程，相关数据表明，年捕集量可达3 000t；2010年，神华集团启动了我国首个CCS示范项目。近几年，我国政府在“973计划”和“863计划”国家重大课题上也对CCS研究进行了立项，并且取得了重大的进展。

3 我国CCS技术存在的问题及解决方法［12-23］

3.1 成本高

CCS技术是一项包括CO2捕集、输送、封存3部分的技术。其中，CO2捕集部分成本高昂，CCS技术成本的高低主要取决于这一部分。目前，3种碳捕集方法成本都很高，而且CCS装置工艺流程复杂、能耗巨大，使用CCS技术的发电厂比普通发电厂要多消耗25%～50%的能源，因此，投资CCS技术对于企业投资者来说无疑是一个高风险投资。2005年，IPCC（联合国政府间气候变化专门委员会）估算了发电厂CCS技术的投资，结果表明，采用CCS技术的发电厂发电成本将增加0.01美元/（kW·h）～0.05美元/（kW·h），具体多少需要依据具体情况。但如果项目中包括EOR，会将发电成本降低0.01美元/（kW·h）～0.02美元/（kW·h）。因此，将CCS技术与EOR技术结合是一种实现减排与经济双赢的方式。但是，油气田的封存量较少，无法满足大规模封存需求，而地质封存则能满足大规模封存需求。因此，结合EOR技术与地质封存无疑是比较合适的方式。不过，想要进一步降低CCS技术的成本，关键还是取决于技术的发展与成熟。我国应该充分利用国内外研发之间互动的机会，吸收国外先进技术，指导我国自主研发，不断发展CCS技术，提高我国自主创新能力。

3.2 缺乏相关政策和法律制度

在我国，CCS技术相关政策及法律制度甚少。而CCS技术是一项高成本、高风险、成本回收期长的技术，没有政府的支持，企业投资者几乎不可能选择投资。因此，政府必须加强相关政策及法律的制定和实施。比如，建立碳交易制度和碳税制度，碳交易制度的建立，将使得碳排放量超额的企业不得不在购买碳排放指标和开展CCS技术之间做出选择，碳排放量低的企业则可以通过出售多余碳排放指标获取利益，从而达到激励企业投资者投资CCS技术的作用。碳税制度的建立毫无疑问将对企业投资者起到激励的作用。此外，国家还可以对开展CCS技术的企业进行补贴，如果政府在经济和政策上给予大力支持，会吸引不少企业投资者投资CCS技术。

3.3 战略目标不明确

目前，我国还没有制定任何关于发展CCS技术的短期及长期计划。而CCS技术的发展是需要长时间准备的，国家应该制定长、短期目标。例如，可以把对封存点进行调查、评估、优选和规划作为短期目标，为后续工作做好基础准备，把建立试验性项目、相关政策、法律和规范体系作为长期目标。

3.4 存在泄漏风险

不管是地质封存还是海洋封存都有泄漏的风险，CO2泄漏是需要重点考虑的安全性问题。在CO2质量分数超过8%的情况下，能够迅速危及人的健康和生命。虽然CO2泄漏发生的概率很低，但是仍然应该做好各个环节的防漏工作。2006年，IPCC就制定了“CO2地质封存风险评估与管理框架”，用于指导和解决CO2泄漏问题。研究结果表明，只要选择合适的封存点，设计和管理适当，CO2安全储存期可长达数百万年。

3.5 公众认知度不足

目前，CCS技术对我国大多数公众来说还是一个陌生的名词，远远不是一项众所周知的技术，主要原因还是缺乏相关宣传与推广。因此，国家需要加强相关知识的普及与宣传，通过介绍和推广一些国内外成功的案例，减轻公众对CCS技术泄漏风险的忧虑，巩固公众对CCS技术的支持力度，为后期大力发展CCS技术做好准备。

3.6 存在技术难点

目前，CCS技术仍存在一些技术难点，其中就包括CO2的压缩与净化技术、防泄漏技术等。尤其是CO2的压缩与净化技术。由于成本较高的缘故，富氧燃烧技术现在在国内应用很少，而一般发电厂烟道气中CO2浓度都较低，CO2的后期压缩与净化处理过程十分复杂，国内对这一部分的研究也很少。国家可以加大对CCS技术的研发资金投入，鼓励相关机构及高校研究CCS技术存在的一些技术难点，在技术上实现新的突破。

3.7 无统一完善的评估体系

在发展CCS技术的过程中，一个完善、成熟、统一的评估体系是不可或缺的。CCS技术的很多环节都需要进行评估，如，CO2地质封存时选址就需要依据已有的评估体系进行整体评估，通过评估后才能选出最优的封存地点。如果评估体系不统一完善，很可能导致所选最优地点并非实际最优地点，从而产生一系列问题。国家可以通过组织国内相关专家，借鉴国外的经验制定统一完善的评估体系，供国内研究者和投资者参考和使用。

4 结语

目前，CCS技术在我国尚处于起步阶段，在研究和发展的过程中还存在着很多问题，如，成本高，相关政策、法律制度缺乏、公众认知度不足等。2009年，在丹麦哥本哈根召开的世界气候大会上，中国政府做出了到2020年实现我国单位GDP的CO2排放量较2005年下降40%～45%的郑重承诺，这一承诺不仅为我国CO2减排工作指明了工作目标，而且也给相关能源部门带来了严峻的挑战和考验。因此，发展CCS技术将是适合我国现阶段实现CO2减排目标的一个良好选择。

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