碳捕集：为可持续的未来净化大气

由大气中温室气体浓度不断增加所驱动的气候变化，是人类面临的最紧迫挑战之一。虽然减少排放至关重要，但另一个关键方法是积极清除大气中已有的二氧化碳（CO2）。这正是碳捕集技术发挥作用的地方，它为实现“大气清洁”和更可持续的未来提供了一条潜在途径。

什么是碳捕集？

碳捕集指一系列旨在从各种来源捕获二氧化碳排放，防止其进入大气层的技术。这些来源可包括：

• 点源：大型固定排放源，如发电厂、工业设施（水泥、钢铁、化工生产）和精炼厂。
• 环境空气：直接空气捕获（DAC）技术直接从大气中提取二氧化碳，无论其排放源在何处。

一旦捕获，二氧化碳可以被：

• 封存：永久储存在地下地质构造中，这通常被称为碳封存。
• 利用：在各种工业过程中作为一种资源使用，这个概念被称为碳捕集、利用与封存（CCUS）。

碳捕集的方法

碳捕集采用了多种方法，每种方法都有其优缺点：

1. 燃烧后捕获

这是应用最广泛的方法，尤其适用于发电厂。它涉及在燃料燃烧后从烟气中捕获二氧化碳。通常，使用化学溶剂吸收二氧化碳，然后将其分离和压缩。

示例：加拿大萨斯喀彻温电力公司的边界大坝项目是首批与燃煤电厂集成的大规模燃烧后捕获项目之一。它捕获二氧化碳用于提高石油采收率（EOR）和地质封存。

2. 燃烧前捕获

该方法涉及在燃烧前将燃料转化为氢气和二氧化碳的混合物。这样可以更容易地分离出二氧化碳。这种方法通常用于整体煤气化联合循环（IGCC）发电厂。

示例：密西西比州的肯珀项目（尽管其初步设计最终未成功）旨在采用褐煤气化工艺进行燃烧前捕获。它凸显了这项技术的潜力和挑战。

3. 富氧燃烧

在这种方法中，燃料在几乎纯氧而非空气中燃烧。这会产生主要由二氧化碳和水蒸气组成的烟气，使得二氧化碳的捕获过程更简单、更高效。

示例：全球多个试点项目正在探索富氧燃烧技术，包括位于欧洲和澳大利亚的研究设施，重点是优化燃烧过程和降低成本。

4. 直接空气捕获（DAC）

DAC技术直接从环境空气中去除二氧化碳。这是一项至关重要的技术，因为它可以解决来自扩散源的二氧化碳，甚至可以逆转历史排放。DAC主要有两种类型：

• 固体吸附剂DAC：使用固体材料与二氧化碳结合，然后通过加热或改变压力将其释放。
• 液体溶剂DAC：使用液体溶液吸收二氧化碳，然后进行分离和压缩。

示例：瑞士的Climeworks公司运营着一个商业化的DAC设施，捕获的二氧化碳用于温室和饮料碳酸化。加拿大的Carbon Engineering公司正在开发DAC技术，并计划进行大规模部署，用于地质封存或生产合成燃料。

碳捕集在减缓气候变化中的作用

碳捕集在减缓气候变化方面发挥着至关重要的作用，体现在以下几个方面：

• 减少排放：从点源捕获二氧化碳，可以防止大量温室气体进入大气。
• 解决历史遗留排放：DAC可以清除已经排放的二氧化碳，有助于扭转过去排放造成的影响。
• 赋能低碳产业：CCUS可以实现低碳材料和燃料的生产，支持向可持续经济的转型。
• 实现气候目标：许多气候模型和情景，包括政府间气候变化专门委员会（IPCC）的模型，都依赖碳捕集来实现净零排放，并将全球变暖限制在1.5°C或2°C以内。

碳捕集、利用与封存（CCUS）

CCUS涉及捕获二氧化碳，然后将其用于各种应用或永久封存在地下。这种方法兼具环境和经济效益。

二氧化碳利用

捕获的二氧化碳可用于多种工业过程，包括：

• 提高石油采收率（EOR）：将二氧化碳注入油藏以增加石油产量。虽然EOR可以产生收入，但考虑该过程的整体碳足迹非常重要。
• 混凝土生产：使用二氧化碳来养护混凝土，这可以增强材料强度并减少其碳足迹。
• 化工生产：将二氧化碳作为生产化学品、塑料和燃料的原料。
• 合成燃料：将捕获的二氧化碳与氢气结合生产合成燃料。
• 农业：使用二氧化碳促进温室中的植物生长。

二氧化碳封存

地质封存涉及将捕获的二氧化碳注入地下深层构造，例如：

• 枯竭的油气藏：已经产出石油和天然气的油气藏可用于封存二氧化碳。
• 咸水层：充满盐水（咸水）的深层地下构造提供了巨大的封存容量。
• 不可开采的煤层：二氧化碳可以被注入到不可开采的煤层中，在那里它会吸附在煤的表面。

成功的地质封存需要仔细的选址、监测和风险评估，以确保二氧化碳被永久地困在地下。

挑战与机遇

尽管碳捕集潜力巨大，但它也面临着一些挑战：

1. 成本

碳捕集技术的成本可能相当高，特别是对于改造现有发电厂和工业设施而言。然而，随着技术的进步和部署规模的扩大，成本有望下降。政府激励和碳定价机制有助于使碳捕集在经济上变得可行。

2. 能源消耗

碳捕集过程可能是能源密集型的，可能会降低设施的整体效率。研发工作的重点是减少与碳捕集相关的能源消耗。

3. 基础设施

CCUS的广泛部署需要开发用于运输和储存二氧化碳的大量基础设施，包括管道和地质封存场。建设这些基础设施需要大量的投资和协调。

4. 公众认知

公众对碳捕集与封存的接受度对其广泛采用至关重要。需要通过透明的沟通和严格的监测来解决对地质封存安全性和环境影响的担忧。

尽管存在这些挑战，碳捕集也带来了许多机遇：

• 经济增长：CCUS可以在技术开发、建设和碳捕集设施运营等领域创造新的就业机会和产业。
• 工业脱碳：碳捕集可以帮助水泥、钢铁和化工等难以减排的行业实现脱碳。
• 气候领导力：投资碳捕集技术的国家和公司可以展示其在气候领域的领导力，并在向低碳经济转型的过程中获得竞争优势。
• 全球合作：应对气候变化需要国际合作，而碳捕集可以成为在研发和部署方面进行合作的关键领域。

碳捕集的未来

碳捕集的未来充满希望，持续的研发工作主要集中在：

• 提高效率：开发更高效、更具成本效益的捕集技术。
• 降低成本：通过创新和规模经济降低碳捕集的成本。
• 扩大应用：探索捕获的二氧化碳的新应用，例如用于生产先进材料和燃料。
• 扩大部署规模：大规模部署碳捕集技术，以实现显著的减排效果。

碳定价、税收优惠和法规等政府政策将在加速碳捕集部署方面发挥关键作用。国际合作和知识共享对于实现该技术的全部潜力也至关重要。

一些国家在碳捕集研究和部署方面处于领先地位：

• 挪威：自1996年以来，挪威的斯莱普纳项目一直在咸水层中封存二氧化碳，证明了地质封存的长期可行性。
• 美国：美国拥有多个大型CCUS项目，包括专注于提高石油采收率和地质封存的项目。美国政府也为碳捕集研发提供了大量资金。
• 加拿大：加拿大有多个碳捕集项目，包括萨斯喀彻温电力公司的边界大坝项目和大型二氧化碳管道系统——阿尔伯塔碳干线。
• 澳大利亚：澳大利亚正在投资碳捕集技术，特别是在天然气行业。
• 英国：英国正在开发碳捕集项目，作为其实现净零排放努力的一部分。

结论

碳捕集技术是应对气候变化斗争中的一个关键工具。虽然挑战依然存在，但持续的创新、支持性政策和国际合作正为更广泛的部署和更大的影响力铺平道路。通过捕获并利用或安全封存二氧化碳，我们可以更接近为我们的星球创造一个更清洁、更可持续的未来。

可行的见解

以下是为对碳捕集感兴趣的个人和组织提供的一些可行见解：

• 保持信息灵通：关注碳捕集技术和政策的最新发展。全球碳捕集与封存研究院（Global CCS Institute）和国际能源署（IEA）等组织提供有价值的信息和资源。
• 支持相关政策：倡导支持碳捕集的政策，如碳定价、税收优惠和法规。
• 投资于研究：支持旨在提高碳捕集效率和降低成本的研发工作。
• 考虑CCUS：探索在您的组织或行业中实施CCUS的机会。
• 与社区互动：与当地社区互动，解决对碳捕集与封存的担忧，并确保项目以负责任和透明的方式进行开发。

通过共同努力，我们可以利用碳捕集的力量，创造一个更可持续和具有气候适应性的世界。