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站内公告  

CCU、CCS可成为21世纪节能减排关键技术

发布人:碳汇林 发布时间:2010/1/9 本文类别:站内公告 - 站内公告

  向着天空喷吐烟雾的工业烟囱通常令人厌恶。但如果说,把这些烟囱倒一个个,让它把烟喷入大地,在地底下加以利用,从而避免污染,你认为这可行吗?位于北京东五环的华能北京热电厂确实有这样一座烟囱。近日,记者来到华能北京热电厂探究其中的奥秘。

  这家电厂与普通电厂的最大不同,在于其燃煤锅炉所排放的气体,并不直接释放到大气中,而是先进入一个有着无数管道的装置,经过一系列复杂的化学处理,其中的二氧化碳被收集起来,制成纯度高达99.99%的干冰,用于食品、消防等行业领域。这不仅避免了将废气向大气中排放,而且,这样的埋“烟”行动,已经在市场上获得了经济效益。

  这套年捕获二氧化碳3000吨的碳捕获装置目前已顺利运行一年有余。这套装置采用的二氧化碳捕集和利用(英文简称CCU)技术,引起了参观的外国专家的强烈关注。在国外,在这一领域采用的技术一般是CCS——二氧化碳的捕集和储存技术,其做法是把能源工业等行业生产中产生的二氧化碳分离、收集并集中埋存于地下数千米的地质层中与大气隔绝。这就好比把向天空喷吐烟雾的工业烟囱倒过来,把烟喷到地底下去。

  碳捕集和封存技术是否成熟?

  考察技术的成熟度不仅仅看这项技术是否能够使用,而是看是否已经适宜商用。制约CCS技术发展的一个重要因素,就是它的成本很高,捕获每吨二氧化碳大约需要20~40美元。

  业内专家表示,不管是直接燃烧发电,还是通过煤转化生产燃料和化学品,都会有二氧化碳的排放。为了减少二氧化碳排放对环境的影响,二氧化碳捕集和封存技术正在成为各国科学界和企业界研究的热点。目前,全球有100余个CCS项目正在运行或即将运行。

  亚太环境清洁发展合作组织张御群理事告诉记者,“从首个海上CCS技术算起,至今已有13个年,直到近几年,随着国际社会对气候变化和二氧化碳减排的高度重视,C C S 技术才逐渐被‘热捧’。”

  他介绍说,碳捕获是CCS技术的起始环节,主要目标是化石燃料电厂、钢铁厂、水泥厂、炼油厂、合成氨厂等二氧化碳的集中排放源。现有技术能够捕获到一个捕获厂处理的二氧化碳的85%~95%。国际能源署《能源技术展望》预测,到2050年CCS技术减排将占全球总减排量的20%~28%。

  但国家发展和改革委员会能源研究所CDM项目管理中心冯升波副研究员则提出,考察技术的成熟度不仅仅是看这项技术是否能够使用,而是这一技术是否已经适宜商用。“单从技术来看已经没有什么大的障碍和瓶颈,但是从商业化和产业化来看,成本效益是一个很大的问题。”冯升波说,目前,技术成本还很高。配套碳捕获装置的电厂成本要比没有进行碳捕获配套装置的电厂高出30~40%。成本高是制约技术大规模商用的主要障碍。

  国家发改委能源研究所的崔成博士告诉记者,尽管现在有很多国家在做CCS项目,但都还处于实验、摸索的阶段。制约CCS技术发展的一个重要因素,就是它的成本很高,捕获每吨二氧化碳大约需要20~40美元。

  “根据‘巴厘路线图’的共识,发达国家相对有着更急迫的减排义务,因此他们更加青睐能直接减少二氧化碳排放量的CCS技术。而根据发展中国家的国情,C C U 是更加实际的技术。”崔成说。

  二氧化碳捕集利用的经济账应该怎么算?

  CCU成本不低,年回收二氧化碳3000吨,总投资2400万元。每制成1吨食品级干冰的成本是600元,但是售价高达1200元。

  据专家介绍,目前全球回收的二氧化碳约有40%用于生产化学品,35%用于油田3次采油,10%用于制冷,5%用于碳酸饮料,其他应用占10%。近年来,食品级二氧化碳发展十分迅速,特别是在饮料和啤酒、烟草、蔬菜等的防腐保鲜领域表现更为活跃。饮料和啤酒行业是食品级二氧化碳的最大消费市场,目前相对于世界发达国家,我国在这一领域二氧化碳消费水平极低。

  据了解,目前CCU技术的成本也非常昂贵。华能北京热电厂仅在两个锅炉上安装了碳捕集装置,年回收二氧化碳3000吨,仅占全厂二氧化碳排放的2‰总投资却高达2400万元,每制成1吨食品级干冰的成本是600元。不过,他的收益很高——每吨干冰卖出去的价格是1200元。

  北京热电厂烟气二氧化碳捕集示范工程项目,每年的运营成本需要100多万元,每年可以生产3000吨食品级二氧化碳。由于华能还没有相关的许可证,目前项目生产的食品级二氧化碳都是通过中介公司卖给食品公司。因此,目前二氧化碳卖出的价格只有500多元/吨,比市场价低了一半。如果将二氧化碳捕集量提高到年产6万吨,平均投资成本将大大降低,同时,电厂如获得相关许可证,捕集二氧化碳就将成为一个不错的赢利项目。

  华能集团技术创新中心高级工程师黄斌表示,如果能够与石油企业合作利用二氧化碳,就会给双方带来极大的经济利益和环境利益。他说,目前全球油田的二次或三次开采,都是向油田注水或水蒸气。国外经验表明,由于二氧化碳比空气重,驱油效果远比空气好,把二氧化碳注入油层中以提高采油率,与其他驱油技术相比,二氧化碳驱油具有适用范围大、驱油成本低、采油率提高显著等优点。二氧化碳是温室气体,注入油田,可以实现真正意义上的减排。另外,油田的需要量也肯定比食品行业大得多。

  到底是利用还是储存?

  从长远看,能用掉的二氧化碳很少。但起步的时候,要先立足可用。

  中国工程院院士倪维斗表示,“对于中国来说,首先要做CCU,把利用放在前面考虑。从长远来看,能用掉的二氧化碳很少。但起步的时候,要先立足于‘用’。”对于CCU,倪维斗指出,中国需要分阶段地从易到难开展工作。“第一步,现成的天然气井排放的二氧化碳是最容易拿到手的,但是没有人用,都白白扔掉了。第二步最容易做到的是煤化工。第三步是煤气化联产,在高压、高浓度条件下分离比现在直接燃烧分离二氧化碳容易得多。第四步才是燃煤电厂。”

  同时,倪维斗强调说:“需要注意的是,二氧化碳的捕集和利用涉及煤炭、电力、化工、地质、采油、矿业、食品、消防、农业等多个行业,需要有关部门发挥协调作用,让产生二氧化碳的企业能与需要的企业对接起来。”

  一个不能不考虑的因素是,二氧化碳的工业消费量是有限的。据绿色煤电有限公司生产科技与国际部研发工程师刘宇告诉记者,中国目前二氧化碳的年消费能力是200万~250万吨,而一个几十万千瓦的燃煤电厂1年所能捕集出来的二氧化碳的量差不多也是100万~200万吨。换句话说,一个电厂的捕集量,就能与全国的消费量持平。

  因此,倪维斗补充说,利用为先,但也不能忽视储存。因为随着经济的发展,中国所面临的减排压力也在日益增大。在碳捕集领域,应将CCS作为前沿战略技术加以储备,开展相关研发。而在新建的电厂项目中,则应做好未来增加CCS设备的预留工作。这样,一旦未来有需要,就可以及时实施。实际上,国际上也有学术组织已将CCS和CCU合二为一,称之为“CCUS”。

  “其实说到底,无论是CCS还是CCU,都只是一种过渡性的解决方案,从某种程度上讲,是没有办法的办法。要彻底解决人类所面临的气候变化问题,还得摆脱对化石能源的依赖,将希望寄予新能源与可再生能源。”崔成如是说。

  尽管前途多艰,中国正在迅速加入这个碳捕集俱乐部。据悉,除了北京这个刚运行1年多的项目,今年7月,华能集团另一个年捕获二氧化碳10万吨的项目已在上海开工,这将是全球最大的燃煤电厂燃烧后碳捕集项目。国际上大型碳捕获项目多为油气田项目,燃煤电厂项目则少之又少。

  有专家表示,燃煤电厂的碳捕获项目所能捕获的二氧化碳量,与每年的二氧化碳排放量相比可谓是九牛一毛。以华能为例,配套的10万吨碳捕获装置的年捕获量尚不及集团年排放量的1‰。

  目前,国内在二氧化碳封存技术尚处于研究阶段。据悉,国内首个碳捕获和封存示范项目正在神华集团进行研发和评估。这一项目为神华鄂尔多斯100万吨/年煤直接液化示范工程配套项目。据了解,利用煤直接液化工艺,每生产一吨成品油,大概需要排放约3吨二氧化碳。目前,包括地质封存等各种封存方式都在考虑之列。

  虽然诸多碳捕获示范项目都表示考虑封存方式,但是“碳封存是CCS技术中最复杂的环节”,有专家认为,国内真正掌握碳封存技术的具体时间表很难推算。而食品添加剂对二氧化碳的需求量是有限的,这种处理方式不具备可持续性。因此,当前即便可以大量捕获二氧化碳,如何存放也是不可规避的一大难题。

  不过,对于国内技术与国际相比差距很大之说,北京大学经济学院曹和平教授提出了异议。他认为,真正大力度投入资金开始进行研究,国内外在时间上差不多,都是近几年,“技术成熟度差距不大。”他认为,当前的碳捕获项目虽然在一定程度上降低了碳排放量,但也只是把碳像收藏垃圾一样收藏起来了。

  曹和平形象地比喻,垃圾循环利用的经济效益要远远高于垃圾掩埋,“要达到综合意义上创新,是需要找到‘垃圾’重新利用的机会。仅仅是捕获下来储藏了,意义不大。只有找到了‘垃圾’二次利用的方式,才具备可持续性发展。华能的碳捕获项目更大的意义在于其公益性。”

  政策风向标将指向何方?

  企业无法判断未来是否会大规模进行二氧化碳捕集和封存,但是有这种可能性。所以,现在储备这种技术,就是为了避免重蹈脱硫商机的覆辙。

  国家能源局局长张国宝在全球智库峰会上曾表示,跟全球每年向大气排放的碳相比,碳捕获付出巨大代价所能封存的碳是微乎其微的,还不足以影响温室气体的排放进程。

  张国宝强调说,判断未来能源技术方向至关重要。判断对了,会引发一场新的技术革命,成为新一轮经济增长的引擎;判断错了,不仅浪费资源,还会使经济陷入困境。目前国内的碳捕获项目均为工业级示范项目。“中国本身强调自主开发,推出一些这样的小的示范项目,以试验技术可行性挺好的。但是如果大范围推广开来商用,还不成熟。”

  尽管北京热电厂的二氧化碳捕集仅是个示范工程,但意义不容小觑。国家能源局副局长赵小平一行到北热电调研节能减排,对示范工程的技术路径、运行成本、二氧化碳资源化发展前景进行了深入了解。国家能源局副局长孙勤也到华能北京热电厂调研,充分肯定了华能北京热电厂二氧化碳捕集示范工程的意义,希望电厂加强技术改进与管理,做好碳捕集项目的技术储备,为我国的碳捕集提供技术支撑。

  华能集团有关负责人对记者说,记得20年前,中国电力行业根本无法判断电厂是否应该搞脱硫装置,后来当脱硫装置成为世界公认规则之时,发现自己的水平却不行,“国家巨大的脱硫商机就让给了国外。”

  他说,“我们无法判断未来是否会大规模进行二氧化碳捕集和封存,但是有这种可能性。所以,我们现在要储备这种技术。”

  新闻链接

  CCS(Carbon Captureand Storage 碳捕集和储存的缩写),是指通过碳捕集技术将工业和相关能源产业所生产的二氧化碳分离出来,再通过碳封存手段将其输送到一个封存地点,并且长期与大气隔绝的一个过程。

  CCU(Carbon Captureand Use 碳捕集和利用的缩写),是先将二氧化碳进行储存,之后再将储存的二氧化碳进行有效利用,其安全性大大高于CCS。如二氧化碳和氢可进行甲烷、甲醇等有机化工产品的生产,达到循环利用的目的;也可将二氧化碳用于碳纤维、工程塑料、沥青、建材等的生产,进行永久固碳;还可利用植物的光合作用进行生物固碳。此外,二氧化碳和氢的牵手也将拓展未来氢能的利用领域。

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