碳捕集和碳交易研究探讨

夏 爽

(大唐环境产业集团股份有限公司，北京 100097)



碳捕集和碳交易研究探讨

夏 爽

(大唐环境产业集团股份有限公司，北京 100097)

归纳总结了碳捕集技术与碳交易的发展概况，针对各种技术和模式的优缺点，阐述了直接在洁净的空气中捕集二氧化碳的思路，提出了进一步规范碳交易规则，大力发展工业化种植技术的建议，旨在从根本上安全、低成本地解决固碳的技术难题。

碳捕集，碳交易，工业化种植，节能减排

0 引言

随着全球变暖、气候异常等问题的日趋严重，温室气体的减排越来越受到全世界的关注。经过一段时间节能减排政策的深入实施，进一步依靠提高能效达到碳减排的目的，在短期内很难再次取得长足进展，人们开始关注碳捕集、碳交易等相关技术。火电厂是燃烧排放二氧化碳的大户，并且具有很高的代表性，在碳捕集方面已有多年的研究，目前碳捕集技术主要包括燃烧前捕集、燃烧后捕集、富氧燃烧三大类技术[1]。

1 现有主流碳捕集技术

1.1 燃烧前捕集技术

燃烧前捕集技术的主要原理是，先将化石燃料转化为二氧化碳和氢气，分离其中的二氧化碳后再将洁净的氢气进行燃烧发电。该技术的缺点是需要耗费能量将固态或者液态燃料转变为气态，同时预先将碳元素转变为二氧化碳也将损失净发电量。

1.2 富氧燃烧技术

富氧燃烧技术的主要思路是，控制并循环使用烟气，通过在燃烧前补充纯氧使其恢复炉内助燃的能力，在烟气不断的循环过程中，二氧化碳含量逐步提高，氮气的含量逐步降低，最终形成只有二氧化碳和补充进入的氧气被循环使用，简化了碳捕集的难度，同时降低了氮氧化物的生成量。该技术的缺点是需要对大部分燃烧发电设备进行改造，投资较大，控制难度高，还需要经过长期的研究和发展。

1.3 燃烧后捕集技术

燃烧后捕集技术主要包括吸收法、吸附法和冷凝法，此类技术不必对送风等发电设备进行大规模改造，更加适合于现有燃煤电厂，烟气经过正常脱硫、脱硝、除尘后即可进行碳捕集处理。但该技术目前还没有取得突破性进展，建设和运行成本偏高，大多技术方法仍然处于试验研究阶段。

1.3.1 吸收法

混合气体进入吸收塔，利用热钾碱液或MDEA作为吸收剂，大量吸收混合气体中的CO2气体，饱和后进行解析过程，可以得到纯度99%(mol)以上的CO2气体。该工艺的缺点是烟气成分复杂，碳捕集工作环境恶劣，并且设备价格偏高，需要消耗大量电能和蒸气，运行费用也偏高。

1.3.2 吸附法

吸附法是让多组分流体(气体或液体)混合物与吸附剂固体表面充分接触，由于混合物组分与吸附剂表面之间存在着不同的作用力，从而使作用力较强的组分在吸附剂表面吸附富集并与作用力较弱的组分分离。其中变压吸附(PSA)技术更为典型，利用压力的变化提高吸附和脱附过程的效率。该技术能耗低，导致运行成本低，并且得到的CO2气体摩尔浓度可以达到98%左右，但设备占地面积大，难以实现大规模生产。

1.3.3 冷凝法

冷凝法是将脱水后的烟气加压至3.5 MPa，并冷却到-32 ℃以下，则CO2气体可凝结成液体，而氮气、氧气则仍以气态的形式被排出。该技术需要消耗较多的能量，导致运行成本偏高，并且回收CO2气体的效率也较低。

2 现有技术存在的问题及解决措施

目前，现有技术存在两大主要难题，一是受技术水平限制，大多数火电厂均采用燃烧后捕集技术，而在尾部烟气中进行碳捕集的工艺条件较为恶劣，技术实施难度大；二是对捕集下来的二氧化碳进行集中封存技术存在较大的风险，还需要继续升级技术手段，并制定完善的监管体系[2]，目前阶段实施难度较大。

对于烟气碳捕集工艺条件恶劣的问题，建议选择吸收法，并且将吸收烟气改为直接吸收更为清洁的空气，以便改善工艺操作环境，并且可以有效降低碳捕集过程的能量消耗。

对于碳封存风险高的问题，最好的解决途径就是转变碳捕集的方式，通过碳交易手段将碳捕捉、封存向绿色固碳转变。

3 碳交易存在的问题及解决措施

碳交易是利用市场机制作为促进以二氧化碳为代表的温室气体减排的新途径，即把二氧化碳的排放权作为一种商品，从而形成二氧化碳排放权的交易。碳交易的基本原理是，合同的一方通过支付给另一方一定的费用，从而获得一定量的二氧化碳排放权，而卖出方相当于通过碳减排获得了收益。本文讨论的范围不包括国际碳交易，仅从中国国内碳交易情况进行分析探讨。

经过10年左右的探索和发展，中国已经形成了深圳、上海、北京等多个省市的碳排放权交易试点，但目前暂不具备全国推行配额交易的条件，相关制度也需要进一步完善。

中国是发展中国家，大部分企业的生产过程节能减排程度较低，在碳减排方面具有巨大的潜力，但中国急需确定哪些企业需要减排，减排到什么程度或标准。没有这种制度和标准的约束，中国的低碳经济进展则会很慢。同时，还要确定哪些类型的企业不能获得碳减排收益，确保资金的流向有利于碳减排，而不是被投机者侵占。

目前，最重要的碳减排手段有两种，一种是企业提高节能减排效率，另一种则是森林碳汇。前者需要国家针对各行各业制定节能减排标准，不能达标的则必须进行碳交易来购买碳排放权。森林碳汇交易是指通过植树造林从大气中固定碳，从而获得可以出售的碳排放权，但森林碳汇交易需要从制度和执行上加以严格规范，避免出现森林固碳“豆腐渣工程”甚至虚假工程骗取碳交易资金。

森林固碳事实上是一种彻底有效减少大气层二氧化碳含量的措施，不仅成本低，有利于自然环境的恢复，同时也避免了碳捕集后封存的种种风险和高额费用。在森林碳汇的启示下，还可以培育生长速度快，固碳效率高的新品种植物，并将种植过程工业化，更便于固碳量的统计和交易，同时其植物产品还可以制作成天然饲料出售给畜牧养殖企业，产生新的经济收入。

4 结语

1)火电厂烟气进行碳捕集的技术难度大，耗费较大资金和能源，对二氧化碳进行集中封存具有较大的风险，需要严格监管，整体费用高，可行性较低。2)建议大力发展碳交易，采用委托第三方运营等方式，直接利用空气进行等量碳的捕集，最佳的解决措施仍是切实提高绿化面积比例，或利用工业化的生物固碳生产达到碳减排的总体目的。

[1] 王泽平，周 涛，张记刚，等.电厂二氧化碳捕集技术对比研究[J].环境科学与技术，2011，34(11)：83-87.

[2] 彭 峰.碳捕集与封存技术(CCS)利用监管法律问题研究[J].政治与法律，2011(11)：18-26.

[3] 陈锦伟.浅谈空气分离技术的发展和改进[J].化工管理，2015(18)：63-64.

Research and discussion on carbon capture and carbon exchange

Xia Shuang

(DatangEnvironmentIndustryGroupCo.,Ltd,Beijing100097,China)

Summarized the technology of carbon capture and also the history of carbon exchange. Aimed at their advantages and defects, presented a new thinking to capture the carbon from the clean air. And also suggested to specificate the rule of carbon exchange. Indutrialized planting is a safe and low cost way to fix carbon.

carbon capture, carbon exchange, indutrialized planting, energy conservation and emission reduction

1009-6825(2016)30-0187-02

2016-08-18

夏 爽(1978- )，男，工程师

X701.2

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