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二氧化碳储存成为新的产业方向:把碳存到西北去

作者: 来源: 2021-09-19 19:43:29 阅读390次 我要评论 直达商品

北极星碳管家网讯:截至2021年5月,温室气体排放占比超过65%、GDP占比超过75%的全球131个国家都已宣布了碳中和的目标。在控制二氧化碳排放这一全球性难题面前,碳储存技术成为短期内应对气候变化最重要的技术之一。今年上半年,有专家建议,未来我国西北地区可将碳储存视为新的产业发展方向,以此实现低碳转型。

什么是碳储存?我国西北地区何以成为未来碳储存产业的发展高地?我国目前的技术水平和碳交易市场规模能否支撑起这一新兴产业的发展?

目前的碳储存技术

主要包括四个环节

在2020年联合国大会上,中国提出力争于2030年前达到二氧化碳排放峰值、2060年前实现碳中和。(碳中和,即企业、团体或个人测算其在一定时间内的温室气体排放总量,再通过植树造林、节能减排等形式抵消这些排放量,以保证净碳排放量接近于零。)

要实现碳中和,主要有两大端口――排放和吸收。

在排放端,降低二氧化碳等温室气体的排放量,如提高工业、电力的能源效率,开发利用可再生能源,减少对传统化石燃料的依赖。在吸收端,针对受经济、技术等因素限制而难以完全避免的部分碳排放,通过碳捕集和封存(CCS)、植树造林等方式,增加生物库和水圈库的碳吸收能力。

其中,吸收端的碳捕集和封存就是我们所说的碳储存。

随着CCS的发展,人们对二氧化碳再利用环节的认识有所提高,并逐渐向碳捕获、利用与封存(CCUS)方向发展,碳储存技术的内涵更为丰富。

那么,本要排放到大气中的二氧化碳,是怎么被存起来的?

这与二氧化碳的化学性质紧密相关。当温度超过31.1℃、压力超过7.38MPa时,二氧化碳将以超临界状态存在(即超临界流体,介于气体和液体之间),密度大、黏度低,流动性好、扩散性强。这种特性使得捕集和储存二氧化碳成为可能。

目前的碳储存技术,主要包括四个环节:

*捕集

捕捉环节多集中在化工、钢铁、电力、矿物制造、煤炭行业,这一环节成本较高,一般有燃烧前、燃烧后和富氧燃烧捕捉三种方式。

燃烧前捕集,是等煤炭在汽化炉中汽化后,利用固体吸附剂或化学溶剂将二氧化碳与其他气体分离,再将其冷却加压为超流体,整个过程理论上是零碳排放的;燃烧后捕集同样采用先分离、后提取的程序,但针对的是化石燃料燃烧产生的工业废气中的二氧化碳;富氧燃烧捕集是在富含氧气的条件下燃烧化石燃料,烟气主要由水蒸气和高浓度二氧化碳构成,更易于分离。

*运输

捕集二氧化碳后,需要用管道、船舶或罐车运输到选定的埋存地点。在整个碳储存技术成本中,运输环节所占比例相对较低。

*封存

目前,较理想的封存场所主要有深部含盐水层、废弃油气田及煤层和海洋。

其中,海洋储存是将二氧化碳以固体二氧化碳水合物形态注入超深层海域,当海水深度超过3000米时,二氧化碳密度将大于海水密度,最终沉积海底;废弃油气、煤层和地下盐水层都属于地质封存。据联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)估计,2000―2050年,废弃油气层能够容纳全球二氧化碳排放总量的45%,废弃煤层容纳量约占排放总量的2%,地下盐水层可容纳排放总量的20%―500%,埋藏潜力最大。

在不同场所,二氧化碳的储存机制也有所不同。比如,要想在深部含盐水层储存二氧化碳,含水层上部需盖有隔水层或弱透水层,顶部至少在800米以下,才能保证不影响地下水资源。

封存过程还能带来新“收获”。

将二氧化碳注入废弃油气层后,原油体积膨胀、黏度降低、易于流动,有利于残留油气推出。这一过程就是二氧化碳驱油(CO2-EOR),既能有效储存二氧化碳,还能提高油田采收率,仅在我国就可增加7亿至14亿吨采储量。

相似的功效还体现在煤层储碳上。煤层表面对二氧化碳的吸附能力约是对甲烷吸附能力的2倍,这种特性使得二氧化碳注入煤层后能让甲烷转变游离状态,从而增加甲烷气体的产出率。

*利用

除了注入封存场所,捕集来的二氧化碳还可以循环再利用,如人工降雨、制造化肥、果蔬冷藏保鲜等。

专家说西北地区

比较适合存碳

利用碳储存技术,可捕集90%化石燃料燃烧所产生的二氧化碳,脱碳水平较高,大型火电厂、钢铁厂、化工厂等可实现超低排放。

据国际能源署(IEA)预测,到2050年,碳储存将使全球二氧化碳总排放量减少19%,减排效果仅次于提高能源效率;要达到《巴黎协定》目标,到2060年累计减排量的14%需依赖碳储存。

西方国家的碳储存技术起步相对较早。据澳大利亚全球CCS研究所在2010年的统计,全球约有270个已运行、在建和规划中的CCS项目,如美国Pleasant Prairie电厂CCS示范工程、澳大利亚的火电厂CCS技术项目等。

富煤、贫油、少气的能源结构决定了中国发展碳储存技术的必要。有机构预测,到2050年,化石能源占中国能源消费的比例仍达10%―15%,这部分近零排放的实现必须依赖于碳储存技术。

2008年,国务院发布《中国应对气候变化的政策与行动》白皮书,中国将“重点研究CCUS等减缓温室气体排放技术”,CCUS被纳入国家中长期科技发展规划。此后,“十二五”规划中包含的控制温室气体排放工作计划,又明确把CCUS技术的推广和普及作为重要任务。

从自然禀赋来看,中国确实有这个资本。

首先来看封存潜力。

据估算,仅靠地质封存,中国就可封存1.21万亿至4.13万亿吨二氧化碳,碳储存潜力巨大。

具体而言,我国松辽盆地、渤海湾盆地、鄂尔多斯盆地和准噶尔盆地集中分布大量油田,可封存约51亿吨二氧化碳;鄂尔多斯盆地、四川盆地、渤海湾盆地和塔里木盆地多气藏,可封存约153亿吨二氧化碳;深部咸水层与含油气盆地分布基本相同,封存容量约为24200亿吨。

再来看地域分布。

松辽盆地、塔里木盆地和渤海湾盆地是中国最大的3个陆上封存区域,约占总封存量的一半。此外,苏北盆地和鄂尔多斯盆地的深部咸水层封存潜力也较大。

这种分布特点意味着,未来我国西北地区可充分发挥其巨大的碳储存潜力,被视为实现碳达峰、碳中和的重要路径。


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