全球碳捕集技术研究现状分析及展望

周志桂　汪鑫

【摘要】人类大量利用化石燃料的现状短期内无法改变，由此排放的温室气体正加速增长，温室效应日益突出，导致的气候变化给人类带来了严重后果。CO2是温室气体的主要组成部分，控制和减少CO2的排放是减缓气候变化的关键，研究和开发CO2的减排技术成为全球研究的热点。碳捕集与封存（CCS）因其能有效控制CO2的排放，越来越受到各个国家和地区的重视。为控制到2050年全球温度上升在2℃以内的目标，世界各国和地区采取措施加速推动CCS技术的发展。本文阐述了全球CCS技术的应用现状及最新政策法规，并提出未来CCS技术的发展方向。

【关键词】气候变化；CCS技术；碳捕集；应用现状

引言

2012年国际能源署（IEA）提出，2050年实现全球温度上升幅度控制在2℃（2DS）的目标，呼吁世界各国和地区加快实施CO2减排措施。根据《世界能源展望2013》报告显示，2011年因燃料燃烧而排放的CO2量达到31.3Gt（109 t ），其中煤燃烧排放的CO2增长了4.9%，达到13.7Gt，若不加快实施碳减排措施，到2035年由煤燃烧排放的CO2将达到15.7Gt。实现2050年气温上升控制在2℃之内的目标面临巨大挑战。

为了达到2DS预期目标，美国、英国、中国等率先投入大量人力、物力支持CCS技术的研发和示范活动，并制定相应法律、法规、政策，积极推动CCS技术的发展。第五届碳封存领导人论坛（CSLF）部长级会议强调了CCS对于控制气候恶化的重要作用，并鼓励全球各国政府及企业研发和应用CCS。

1 CCS技术简述

1.1 CCS技术简介

碳捕集与封存主要应用于火电厂，该技术是将火电厂等排放的CO2捕获并永久封存。CCS技术包括3个环节，一是碳捕集技术、二是碳输送技术，三是碳封存技术。其中，碳捕集技术是CCS技术中最重要的环节，由于碳捕集技术其运行成本和消耗能量最大，因此，国际社会将如何减少碳捕集运行成本和降低能量消耗作为目前研究的重中之重。

1.2碳捕集技术分类及应用场合

碳捕集技术主要分烧前捕集技术、燃烧后捕集技术和富氧燃烧技术3类。

（1）燃烧前捕集技术

该技术是指石化燃料在燃烧前对CO2分离和捕集，该技术是与煤气化联合循环发电相联合，实现高效、低碳的转化过程。

（2）燃烧后捕集技术

该技术是将燃烧后产生的烟气中的CO2在吸收塔中吸收，然后再在解吸塔中解吸出来进行封存。燃烧后捕集技术主要有化学吸收法、化学吸附法、膜吸收法等。

（3）富氧燃烧技术

富氧燃烧技术是将原有燃烧工艺加以改进，将原来空气作为燃烧媒介转化为用氧气和二氧化碳混合气体，由于增加了二氧化碳气体的浓度，因此，燃烧后的尾气中CO2体积分数高达80%。。

2发达国家CCS技术的应用现状及政策法规

根据全球CCS研究院（GCCSI）发布的最新报告统计，截至2014年2月，全球共有12个CCS项目处于运行阶段，每年捕集的CO2总量可达4000万吨。同时，以美国、英国为代表的西方国家为达到碳减排目标，先后出台了碳减排相关法律、政策和机制。

2.1 美国

由于燃煤发电在美国占有重要地位，美国对CCS技术的研发和推广高度重视，美国能源部（DOE）、国家环保署（EPA）和交通部（DOT）三个联邦部门配合，共同推动CCS技术的发展，其中能源部负责CCS研发、示范项目与国际合作；环保署管理和监测CO2输送与封存过程的风险，以确保CCS不影响公众健康和安全；交通部管理CO2输送管道网络。

（1）美国CCS技术应用状况

美国作为最大的发达国家，在CCS技术处于全球领先地位。美国萤石公司（Flour）的氨法大规模捕集项目，是世界首个工业化的碳捕集项目。IGCC作为清洁煤技术在美国已有30多年的技术经验，具有世界领先地位。

（2）美国CCS技术的相关政策和法规

2009年6月美国众议院投票通过《美国清洁能源与安全法案》（ACESA），该法案明确提出碳捕集与封存对美国战略规划的重要性，为CCS发展提供重要法律支撑。美国的国家环境政策法（NEPA）与资源保护与回收法（RCRA）为CO2捕集、输送、利用、封存所有环节提供了法律框架。前者要求CCS项目的管道输送、封存地点选择必须接受NEPA检查，以保证公众环境健康不会受到CCS项目威胁。后者认为CO2是危险废物，其产生、捕集、输送、封存必须接受RCRA的监督审核。2014年1月8日，美国环境保护署（EPA）颁布了新污染源行为标准准则。

2.2 英国

英国处于CCS技术创新的前沿，近年来，英国政府在CCS技术领域加大了投入，并制定了促进CCS技术发展的法律和制度。

（1）英国CCS技术应用状况

目前，英国正在加速筹备的规模较大的项目主要有两个：Peterhead天然气CCS项目和白玫瑰项目。Peterhead天然气CCS项目计划通过现有的联合循环气涡轮电站捕获CO2排放总量的85%，年捕集量100万吨。该项目是世界上第一个用于天然气发电站的CCS项目。英格兰约克郡的白玫瑰项目将富氧燃烧捕集设备与新建的超高效的燃煤发电站结合，每年将捕获位于北约克郡的Drax电厂的一个新的超高效燃煤電站的90%的CO2，大约200万吨。2014年7月8日，欧盟委员会宣布拨给该项目3亿欧元（约2.4亿英镑）的资助资金，用以该项目的设计、建设和运行。

（2）英国CCS技术的相关政策和法规

2012年4月，英国发布《英国CCS发展路线》，以推动英国CCS技术的发展，该路线对英国今后几年CCS技术的发展作了具体部署

3中国CCS技术应用现状、政策法规和发展趋势

中国经济进入高速发展阶段，对能源的需求不断增强。我国的煤炭生产和消耗位于世界第一位，石油消耗处于世界第二位，。2013年，中国的一次能源消费中，煤炭占有比例达67.50%，石油占17.79%（表1）。伴随着近年来经济的快速发展，中国CO2排放大幅增加，年排放量达70亿吨左右，其中约80%来自煤炭利用，反映出了以煤为主体的中国能源结构特点。中国的CO2排放已居全球首位，减排成为当务之急。因此，CCS技术在中国具有潜在的重要战略地位。

3.1 中国CCS技术的应用现状

2012年中国有12个大型CCS项目。CERC和中美伙伴之间其他合作项目所做的工作也推动了CCS技术的进一步发展。此外，国内企业、高校和科研院所合作开展的CCS项目取得较大进展，如华能高碑店3000吨/年燃烧后捕集试点项目、中国科学院先进能源动力中心燃烧前捕集项目和华中科技大学35MWth（megawatts thermal）富氧燃烧碳捕集项目等，其中华中科技大学35MWth（megawatts thermal）富氧燃烧碳捕集项目已于2012年12月30日在湖北应城正式开工建设，这是我国在碳减排技术自主研发方面的里程碑。

3.2 中国CCS技术的政策法规和发展趋势

2012年，国家发改委提出《煤碳行业“十二五”发展规划》，指出“中国将大力支持碳捕集、利用与封存技术的研究和示范项目”，同年，与全球CCS研究院签订谅解备忘录。

尽管中国CCS技术的研究近年来取得了显著进展，但CCS技术的发展依然任重道远，尤其是在提高其成本效益方面。CCS技术的大规模一体化示范是接下来至关重要的一步，幸运的是中国正走在正确的道路上。

参考文献

[1] Global CCS Institute. Carbon Capture and Storage 2013.

[2] International Energy Agency 2013， World Energy Outlook 2013， IEA， France， viewed 5.February 2014， viewed 5 February 2015.

[3] Olajire A A.CO2 capture and separation technologies for end-of-pipe applications-A review[J].Energy，2010，35（6）：2610-2628.

[4] 郑晓峰，冯耀勋，贾明生.富氧燃烧的节能特性及其对环境的影响[J].节能，2006，（288）：26-34.

[5] 刘兴家.提高锅炉热效率的新技术——富氧燃烧[J].工业锅炉，2007，（101）：10-28.

[6] Global CCS Institute. Carbon Capture and Storage 2014

[7] 郭士伊，常华.全球碳捕集与封存（CCS）进展分析及建议[J].节能与环保，2011.

[8] 张晓暄.二氧化碳捕集与封存的国际法律制度研究.中国海洋大学硕士学位论文，2013.

[9] 汤道路，苏小云.美国“碳捕集与封存”（CCS）法律制度研究.郑州航空管理学院学报（社会科学版），2011，5.

[10] UK carbon capture and storage： government funding and support.

[11] Department of Energy & Climate Change. CCS in the UK.

[12] BP 2014年世界能源統计年鉴中国数据汇总.

[13] 华中科技大学35兆瓦富氧燃烧碳捕获工程开工建设.