二氧化碳的俘获与存储技术研究

【摘要】本文介绍了一种可以工业化并能有效减少CO2排放的实用技术，二氧化碳的俘获与存储技术。从工业过程中俘获CO2，集中运输后注入地下或水下存储，每个环节都有主要的研究方向。

【关键词】二氧化碳 俘获 存储

1 引言

随着全球气候变化，控制污染和减少温室气体的排放越来越受到各国政府和科技工作者的重视。二氧化碳的俘获与存储（CCS： Carbon Dioxide Capture and Storage）作为一种可以工业化并能有效减少CO2排放的实用技术，已在欧美等各国开始研究和实践工作。

2 二氧化碳的俘获与存储

减少化石燃料使用过程中CO2的排放是二氧化碳俘获与存储的主要目的。现在有两种基本的CCS方法。一种是直接从工业源头俘获CO2，提纯后打入地下深层做永久存储，如图1所示。除了这种存储到地下地质结构的方法，还有一种将CO2存储在海洋里。在中等深度（1-3km）的海洋CO2可溶解在水里，在大于3km深的海洋里CO2的浓度会大于海水的浓度，因此会形成CO2的湖。另外一种CCS方法是从大气中俘获CO2并通过自然的生物过程将它隔离到植物、土壤和海底沉积物中。

一旦CO2被俘获可通过竖井打入如：油气层、盐水层和开采完的煤层等深层地下结构中，如图2（a）所示。这种地质结构一般出现在充满沉积岩的盆地，累积厚度可达数千米，这些沉积岩的孔状空间里会充满盐水或油气。沉积盆地的岩层由沙土、淤泥、粘土、碳酸盐和蒸发物交替组成，砂土层将提供存储空间。在CO2水下存储技术中，压缩的气体通过管道或船运送并打入深海，如图2（b）所示。注入的CO2通过扩散加速在水中的溶解，或打入海洋底部变成“湖”。在水下350m，CO2会形成比海水密度大的固态包合物，但很快会溶解到周围的水中。海洋底部的存储要求至少在大于3km的水下才能保证CO2的密度大于海水，否则CO2会在水中上升并迅速返回到大气中。

油气的开采技术很多可以应用到CO2在深层地下岩层的存储中。例如，钻井和监测技术可以用于将CO2安全的注入存储地层中。更多的技术难题在于可靠的评估岩层的密封和存储能力。例如在CO2注入地下后，如何预测其移动，这需要通过监测地表和地下的CO2浓度变化，建立相应的模型得到。这涉及到这种地质结构存储技术将带来的健康、安全和环境的威胁。目前，已有很多工业化的CCS项目正在全世界运行。如最早开始此类项目的挪威，该项目始于天然气开采，有该地区的天然气中含CO2，如将CO2提取后直接排放到空气中将被挪威政府收取50美元/吨的费用。于是他们想办法将提取的CO2存储在海洋下面的沙石结构中，目前每年的量达到1百万吨。

3 研究方向

全球CCS的研究和开发工作已全面铺开，特别是欧洲、美国、加拿大、澳大利亚、日本和挪威，主要的研究方向如图3所示。欧盟第5、第6框架计划以后8千多万美元资助CCS研究，这还不包括工业界和研究机构的配套资金。在2005年，美国能源部“碳缓解计划”的年度预算达到4.6千万美元。国际能源署1991年建立温室气体计划，为CCS研究和创意提供了早期的市场。近期的二氧化碳俘获和存储特别报告（IPCC）集合了近15年国际上关于CCS的各种研究成果。另外，还有许多试点在挪威、日本等国，在加拿大的萨斯喀彻温省，分界线大坝电站拥有每天4-8吨CO2的处理能力。迄今为止设计能力最大的CO2试点厂每天可处理24吨，已经于2006年在丹麦的埃斯比约开始运行。所有在研的CCS项目预期目标就是能将新技术用于试点和半商业规模中。

图4显示了3个主要的CO2俘获和存储的途径。CO2从其它的成分中分离出来，优化压缩到稠密相便于运输和存储地的注入，并且得满足注入点的纯度要求。所有的俘获和存储方法都需要能源，这也就意味着处理CO2俘获将产生更多的CO2kWh或者CO2单位能源产品。

4 小结

由于该技术的巨大社会和经济效益，已有美国、加拿大、德国和英国等发达国家，投入到该项技术的研发和实践中。我国作为仅次于美国的CO2排放大国，也开始致力于开展这方面的研究工作。世界CO2排放量的60%来自某些固定的源头，如：发电厂、石化厂、水泥/钢铁/提炼厂等，而深层地质结构的存储容量最小有2000Gt，应用CCS技术将对减少CO2的排放产生巨大的作用。技术和经济的评估显示，未来的100年中，CCS将占CO2减排的20%。

作者简介

徐冬新、性别：男、年龄：39、出生年月：1974年10月5日、籍贯：辽宁省绥中县、现在职称：工程师、研究方向：安全技术与管理。

参考文献

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