碳封存

所謂碳封存（Carbon Sequestration），指的是以捕獲碳並安全存儲的方式來取代直接向大氣中排放CO2的技術。碳封存研究開始於1977年，但只是到了最近，才有迅速的發展。

基本介紹

• 中文名：碳封存
• 外文名：Carbon Sequestration
• 開始時間：1977年
• 實質：科學技術

兩則新聞報導

第一則

2006年7月4—5日，中國科學技術部和英國環境部在北京組織召開“碳捕獲與碳封存實現燃煤發電近零排放國際研討會”。科技部劉燕華副部長出席會議並做重要講話。來自中國有關部委的官員、有關高校、院所和企業的研究人員以及來自歐盟國家、美國、加拿大、澳大利亞等國和有關國際組織的官員和研究人員等共約200人參加了會議。這是第一次由中國政府部門牽頭組織的關於碳捕獲與封存的國際會議，表明了中國政府重視減緩溫室氣體排放和保護全球氣候，並願意為此做出力所能及的努力。

第二則

2006年10月31日，美國能源部助理部長傑弗里·D·傑瑞特在“亞太清潔發展和氣候夥伴關係”會議上宣布，美國將提供4.5億美元用於支持美國碳封存技術的研發。並就未來10年裡在美國境內進行7項碳封存測試事宜，同與會者進行了討論。“亞太清潔發展和氣候夥伴關係”會員國包括澳大利亞、中國、印度、日本、韓國和美國。這六個國家的人口約占全球人口的50%，它們的經濟和能源消耗占全球經濟和能源消耗的50%以上。合作方已經初步確認了在美國實施碳封存的時機，預計有潛力存儲6000億砘二氧化碳，這相當於美國能源部門200多年的二氧化碳排放量。目前正在實施一系列小規模實地測試。布希政府的目標是：到2012年，將美國“溫室氣體”排放量減少18%，並確保碳封存技術在不久的將來得到廣泛套用。

包括的內容

構想

這一構想包括：（1）將人類活動產生的碳排放物捕獲、收集並存儲到安全的碳庫中；（2）直接從大氣中分離出CO2並安全存儲。由此，人們將不再是通過CO2減排，而是通過碳封存的方法，同時結合提高能源生產和使用的效率以及增加低碳或非碳燃料的生產和利用等手段來達到減緩大氣CO2濃度增長的目標。

陸地生態系統對CO2的吸收是一種自然碳封存過程。陸地植物在其生長過程中，需要利用CO2合成有機物，它們能夠在一定的濃度範圍內吸收CO2，從而節省了將其分離、提純等技術的花費。因此以森林再造、限制森林砍伐等方式來實現的碳封存被認為是最具經濟效益的方式。而保護和最佳化陸地生態系統則有利於碳封存的維持和擴增。

需求原因

針對定點源的人類排放，如油井、化學工廠、火力發電廠等，碳封存技術的開發著重點是捕獲和分離CO2，然後將其注入到海洋或是深地質結構層中。由於某種需要，工業生產中也伴隨有一些碳封存過程。例如在石油開採時，CO2常會跟天然氣一起由地底下噴射出來，通常CO2在從油井衝出來後便釋放到空氣中。但是，在同時開採石油及天然氣的過程中，CO2常會被重新注入到油井內，以便能保持所需壓力而抽取更多的石油，而這項所用的花費可以由所增加的石油產量來補償。在美國，每年能因此封存3200萬噸CO2。而位於距挪威海岸240 km的北海中部的Sleipner海上鑽井平台從1996年起就將油井生產中的CO2收集並注入到1000m以下的富含鹽水的砂岩層。這個海上鑽井平台之所以這樣做，是因為從1996年以來挪威對工業排放CO2徵收50美元/ 噸的排放稅，而將CO2注回到岩石層中與之相比則要便宜得多。在存儲方面，則採用了以下一些方法，如向尚未開採的煤層中注入CO2，從而回收甲烷；將CO2製成乾冰，投擲到海洋中；利用固定的管道或是輪船拖曳管道將CO2泵入深海等。

方法思路

通過對海洋的增肥也是利用生態系統來達到碳封存目標的方法。這方法思路是，向海洋投放微量營養素（如鐵）和常量營養素（如氮和磷），由此加速海"生物泵"過程，增加海洋對大氣CO2的吸收和存儲。這主要是通過增長浮游植物的光合作用增加其產量，然後藉助生物鏈擴增CO2向有機碳的轉化，再通過有機碳的重力沉降、礦化等機理來實現碳封存。大範圍的海洋增肥能夠增加漁業產量，從而帶來商機，這也引起了一些商業團體的關注。

另外，還可利用化學和生物技術對CO2進行回收和再利用。例如，利用CO2來生產碳酸鎂或是CO2包合物（CO2 clathrate）的前景很被看好。若是將1990年全球排放的CO2製作成碳酸鎂，它可包含於空間尺度為10km×10km×150m的固態物中，這樣是有利於儲存或是再利用的。同樣的情形也適用於CO2包合物。而在生物技術上，主要是利用非光合作用微生物過程將CO2轉化成有用的原料，如甲烷和醋酸鹽。這一技術像陸地生態系統的情況一樣，不需要提純CO2，從而可節省分離、捕獲、壓縮CO2氣體的成本。

優點

碳封存技術看起來有著光明的前景，它不僅對發起者美國有利，而且也對各主要化石燃料消費國，特別是對煤炭消費國有利。同時它還具有平息有關減排分攤爭吵的潛在能力。美國能源部的相關計畫的目標是將碳封存的所需費用從目前的100～300美元/噸減少到2015年的10美元/噸以下。據稱，這種碳封存方法將成為解決氣候變化問題的最佳選擇之一。

缺點

但是要實現與現階段的CO2排放量相當的碳封存，勢必將改變全球碳循環的格局，這不僅僅是需要低廉的技術手段，而且還需要進行正確、嚴謹的科學研究和評估。往深地質結構層中注入CO2並封存，能否確保它們能夠在長時期內穩定存儲，且不會因為地殼活動而噴發以至導致災難？而對海洋的增肥以及向深海注入CO2，更需要有模式模擬和研究以提供相關的技術參數作為科學支持；同時，向深層海洋注入CO2或是通過海洋增肥的方式引發更多的碳沉降也就會增加海洋中碳由上至下的傳輸，這勢必引起海洋碳循環的變動。利用海洋環流模式、碳循環模式等並結合生物化學過程可模擬碳沉降、液態CO2濃度在洋底的分布、隨洋流的擴散等特徵，進而分析海洋生態的反饋，分析整個氣候系統的反饋等。另外，氣候評估模式也能夠評價海洋增肥的生態效應。必要的科學實驗結合相應的模式模擬和評估，也有利於碳阱(Carbon Trap)的選擇以及確保正面的環境影響。

二氧化碳

埋存能力

從全球主要類型的二氧化碳埋存能力來看，地質埋存要比森林和土地捕獲二氧化碳的潛力大，而且後者需要緊缺資源的支撐。2007 年APEC 峰會發表的《亞太經合組織領導人關於氣候變化、能源安全和清潔發展》的宣言強調了可持續的森林管理和土地利用的重要性，並制定了到2020 年在亞太地區各種森林面積至少增加2000 萬公頃的意向性目標。然而，我國為確保守住十一五期間18 億畝耕地的“紅線”，國務院最近剛剛發布了關於完善退耕還林政策的通知，暫停了1600 萬畝的退耕還林計畫（《新京報》，2007年9月11日），這更加劇了擴大林地面積的難度。一些已開發國家為實現東京議定書的承諾目標，已經考慮將二氧化碳的地質埋存作為減少二氧化碳排放的主要手段之一，並就此開展了一系列的調查、試驗和試點研究工作，取得了不少成功的經驗。因此，借鑑國際經驗，在我國大力倡導二氧化碳的地質埋存更具有重要性和緊迫性。

澳大利亞的維多利亞省於2008年4月剛剛啟用了全球第一座大規模的碳捕捉和碳封存設施。

發展研究報告

據路透社報導，全球碳捕獲與儲存研究所在其本年度關於全球碳捕獲與儲存部署情況的報告中警告說，根據目前的投資水平和監管不確定性來看，從現有的16個項目激增至130個項目的目標是不可能實現的。

該研究所預計，其年度報告中確定的59個項目中，屆時可能只有51個能投入運行，而有些項目則不太可能實施。

“由於碳捕獲與儲存是鐵、鋼和水泥生產等工業領域唯一可用的脫碳技術，因此，無法將溫度升幅僅僅控制在2攝氏度的風險變得更大。”報告說。

許多主要國家的政府未能制定限制碳排放的法規並提高企業的排污成本，這阻礙了私營部門在這項昂貴技術方面的投資。

在美國，兩位總統候選人都在對煤炭行業的支持上大做文章，卻很少提及在碳捕獲與儲存方面的投資，原因在於使用水力壓裂法開採使得頁岩氣產量激增，從而大幅拉低了天然氣價格，推動溫室氣體排放量降至20年來的低點。

根據該調查報告的結果，在過去一年中，全球大規模碳捕獲與儲存項目的數量只增加了1/75。自2011年以來，有8個項目被取消，但新確定了9個項目，其中大部分項目將把捕獲的碳注入地下，以實現石油或天然氣的再開採。目前美國的碳捕獲項目數量居首，已運行和規劃中的項目達24個，其次是歐洲的21個和中國的11個。

美國和加拿大正在發展的項目主要都是利用捕獲的碳來恢復石油開採。而去年中國碳捕獲與儲存行動的力度最大，9個新確立的項目中有5個位於中國。

報告還顯示，雖然開發中國家的溫室氣體排放量預計將因人口增多和工業化進程而上升，但其碳捕獲與儲存初期階段的發展取得了一些進展。

19個開發中國家正在實施碳捕獲與儲存項目，但為了實現國際能源署認為的必要的全球減排目標，到2050年，70%的碳捕獲與儲存項目需要部署在非經合組織國家。

該報告指出，英國、聯合國和中國自2011年起已經在制定相關政策，這將有助於更大規模地部署碳捕獲與儲存項目。

英國政府推出了一項綜合政策，希望通過電力市場的改革，推動示範規模的碳捕獲與儲存項目向商業規模擴展。

聯合國的氣候變化機構在今年夏天決定，碳捕獲與儲存項目有資格作為清潔發展機制下的碳抵消項目，從而促使開發中國家採用這一技術來賺取碳信用額。而中國的5年規劃則將碳捕獲與儲存列入了優先政策事項。

但全球碳捕獲與儲存研究所警告說，這些進展並不足以削減碳排放或防止溫度顯著升高。

“儘管碳捕獲和儲存示範項目的投資仍然相當可觀，但卻越來越不穩固，而且現有的資金支持水平所服務的項目將比最初預期的要少。”報告說。

全球碳捕獲與儲存研究所警告說，政府需要做的不僅僅是通過碳定價立法來刺激碳捕獲與儲存方面的投資，同時應該減少賦予低碳技術政策上的優勢——比如可再生能源，它們擁有更多補貼和激勵政策。