北京交通大学 中美CCSU研发中心

LOGOCO2地质封存研究现状王永红北京交通大学中美ＣＣＳＵ研发中心背景以全球变暖为主要特征的全球气候变化日益显著，气候变暖将导致全球极端气候事件发生时间和频率的增加，并将对全球的生态系统和各国经济发展带来严重影响。燃烧化石燃料产生的CO2是全球变暖的主要原因之一，特别是工业革命以来，人类活动使大气中的主要温室气体，如CO2、CH4、N2O和O3等的浓度达到了记录以来的最高水平，其中CO2含量约占温室气体排放总量的65%，全球大气CO2浓度值已从工业化前的约280ppm，升高到2005年的379ppm。可以预测到2100年，大气的CO2浓度将达到540~970ppm。大气中CO2浓度的增加，将导致全球变暖进一步加剧，因此必须采取强有力的措施控制CO2向大气的排放。2010.1.12(74%ofEmissions)Cement13%Iron&Steel7%Hydrogen0%Ethylene1%Ammonia3%Refineries2%1600（105t/a），3.9Gtintotal（2007）Emissionsfrompower,cementandiron&steelaccountfor94%0.1GtpureCO2,availableforearlystorage?背景目前CO2减量排放的措施主要有五种一、提高能源效率；二、充分利用低碳或无碳能源；三、利用陆地生态系统吸附CO2；四、海洋处置；五、利用地下空间处置CO2，即CO2的地质封存。其中，CO2的地下封存是当前CO2减排的最现实最有效的方法，也是最重要的一步。具有广泛的应用前景。2010.1.12背景CCS(CarbonDioxideCaptureandStorage)二氧化碳捕获与封存——其核心思想是将CO2从排放燃烧源捕获并分离出来，然后运送到指定的地点封存起来，从而阻止或显著减少CO2向大气排放。目前，处于研究阶段、工业试验或工业化应用的封存场所主要有深度含盐水层、枯竭或开采到后期的油气田、不可采的贫瘠煤层和海洋。2010.1.12发展状况国外发展状况目前，CCS技术受到了各国政府的越来越多的重视和支持。美国、欧盟、澳大利亚、加拿大、挪威等国家或政府间组织都制订了相应得研究规划，开展CCS的技术理论、试验、示范和应用研究，并且已经有了成功的实例。2010.1.12发展状况国外发展状况其中，美国走在世界最前列，针对CCS技术的科研规划和项目组织实力较为周密完善。美国于2000年开始由能源部主持正式开展CO2封存研究和发展项目，将地质封存和海洋封存列为主要研究方向，并制订了详细的技术路线图。2005年美国已开展了25个CO2地下构造注入、储存与监测的现场试验，并已进入验证阶段。2010.1.12发展状况国外发展状况为加强国际合作，2003年，美国发起成立了“碳收集领导人论坛”，目前共有美国、加拿大、欧盟、英国、澳大利亚、日本、德国、挪威、巴西、意大利、印度、中国、哥伦比亚、墨西哥、俄罗斯、南非、法国等22个成员，共同组织开展理论与实验研究。2010.1.12发展状况国外发展状况全球共有三个工业规模的CCS项目正在运行中。其中挪威国家石油公司（以下简称“Statoil公司”）在北海开展的Sleipner天然气田CCS项目运行的时间最长。该气田与1996年投产，建有世界上第一工业级CO2捕获设施，用醇胺溶剂从天然气中吸收CO2并通过回注钻孔储存于深达1000m海床下的含盐地层中，处理能力约为100×104t/a。这是世界上首例CCS项目，受到很多国家的重视，先后已有欧盟、挪威、英国、丹麦、荷兰等13个国家或地区的公司或机构参与。Statoil公司称，这项计划的成本约为15美元/tCO2，比挪威政府征收的55美元/tCO2的排放税要低得多。2010.1.12发展状况国外发展状况加拿大的Weyburn项目始于2000年，通过将美国北达科他州Beulah的大型煤气化装置中捕获的CO2输送到加拿大Saskatchewan省东南部的Weyburn油田，用于强化驱油，截止08年，每年注入的CO2约为150×104t。通过将CO2封存入油气田，既可减少CO2排放，又可提高油气田采收率，因此强化驱油技术今年来在世界范围内受到广泛关注。除了Statoil公司第一个实现了CCS技术工业应用外，Shell、BP和ExxonMobil等大公司也开展了相关的工作。2010.1.12发展状况国外发展状况德国在二氧化碳封存技术方面的经验还很少，因此地质研究中心(Geoforschungszentrum，简称GFZ)的专家们决定与一批工业伙伴合作，一起填补德国的这一技术空白。该地质研究中心已于2008年6月31日在波兹坦附近的小城凯钦(Ketzin，曾经是一个天然气储存地点)正式启动了二氧化碳封存项目。2010.1.12发展状况国外发展状况日本环境省从2008年秋开始开发可评估二氧化碳封存效果的技术，并计划在3年内完善有关的评估技术。据估计，日本能封存超过52亿吨的二氧化碳。由于国土狭小，日本封存二氧化碳的地点一般位于海底地层。日本已于2007年通过《海洋污染防治法》修正案，允许在海底地层中封存二氧化碳，并要求从事此业务的企业监控二氧化碳封存对环境的影响。但目前，监控被封存的二氧化碳是否会泄漏的技术还不完善。2010.1.12发展状况国外发展状况荷兰政府于2009年11月18日表示，已批准将过多的二氧化碳（CO2）进行实验性的地下封存，以遏制有害排放。该试验项目将从2012年起将CO2封存在天然气田中，在荷兰东部城镇博伟达（Barendrecht）附近进行地下封存，年封存CO2能力为80万吨。在CO2被封存几年之后，将对其进行评估。如果不出现问题，届时将在地下气田进行更大量的封存，年封存能力将为900万吨。据悉，壳牌公司已计划在博伟达捕获和封存来自鹿特丹港（PortofRotterdam）炼油厂排放的CO2。该项目的总费用尚未透露，将由荷兰政府资助3000万欧元。2010.1.12发展状况国外发展状况2009年初美国能源部开启了其具有里程碑式的大型碳封存实验项目，项目花费将高达8400万美金，预计到2012年，将往地下6500英尺深处封存100万吨二氧化碳，用以测试地质封存的安全性和经济性。如果实验获得成功，未来美国几个州的碳封存能力就高达1000亿吨。2010.1.12实验项目地质构造图，右下角箭头所指为西蒙砂岩层发展状况国外发展状况虽然美国能源部和私营企业为创造出更廉价的可再生能源不断地努力，他们也在不断地研究增加建立核电站建设的可能性，以便减少二氧化碳排放。但是，碳捕获和封存对于他们仍然是一个极具吸引力的选择。因为如果碳捕获和封存技术得到很好地应用，将使得美国的东南部地区可以继续燃烧煤，而又不必担心向空气排放二氧化碳引起气候变化。这些地区没有得克萨斯那样级别的风力用来开发风力发电站，也缺少加利福尼亚那样充沛的太阳能资源，但是却拥有丰富的煤矿资源。2010.1.12发展状况国外发展状况与此同时，零排放碳埋存煤电厂项目也前景广阔。美国计划零排放碳埋存煤电厂项目——FutureGen计划。2005年12月，美国能源部与美国未来电力企业联盟正式签署协议实施FutureGen计划。整个项目预计耗资10亿美元建成一座275兆瓦的实现零排放的最洁净的燃煤示范电厂。计划预计从2009年开始建厂，2012年完成。世界许多著名公司也参与其中，包括中国的华能集团。2010.1.12发展状况国外发展状况2005年9月召开的中欧峰会确定了到2020年在中国及欧盟建立碳近零排放的煤发电项目的合作目标。设立了“英国一欧盟一中国燃煤近零排放项目”，该项目总目标是到2020年在中国及EU建设示范发电厂并实现碳的近零排放。2005年12月，由中国华电等能源、投资国有大企业联手组建的以研发、建设、运营我国第一个拥有自主知识产权的近零排放的“绿色煤电”示范电站为最终目标的绿色煤电有限公司宣告成立。新公司计划对二氧化碳进行收集和封存的煤基能源系统进行研究。2010.1.12发展状况国内发展状况我国于1992年6月和1998年5月分别签署了《联合国气候变化框架公约》和《京都议定书》。作为发展中国家。我国近期不必承担减少或限制温室气体排放的义务。但我国CO2排放总量大，目前已位居世界第二，仅次于美国。据有关专家初步估算，预计2025～2030年左右，我国CO2排放量将达到67-10st。成为世界第一大排放国。中国政府在国际上的承担遏制全球变暖的政治压力也越来越大。CO2封存对国外研究成果的总结和理论探讨2010.1.12发展状况国内发展状况国家对CCS技术的发展给予了高度重视，CCS技术作为前沿技术已被列入国家中长期科技发展规划；在国家科技部2007年的《中国应对气候变化科技专项行动》中，CCS技术作为控制温室气体排放和减缓气候变化的技术重点被列入专项行动的四个主要活动领域之一。“十一五”期间，国家“863”计划也对发展CCS技术给予很大支持，拨款3亿人民币（4千3百万美元）用于从2008至2010年CCS技术的发展以及中国进一步的技术探寻。2007年6月国家发改委公布的《中国应对气候变化国家方案》中强调重点开发CO2的捕获和封存技术，并加强国际间气候变化技术的研发、应用与转让。中美长期战略合作（1000亿美元）2010.1.12发展状况国内发展状况我国第一批主要的CCS项目——神华在鄂尔多斯、内蒙古的煤液化项目以及天津的绿色煤电IGCC电厂——发展迅速。CTL能为中国提供进口石油的替代方案，并且绿色煤电IGCC站检验煤的燃烧技术，这项技术不仅可以通过提高效率来减少煤的需求量，还可以减少当地的空气污染（绿色煤电项目阶段的CCS预计不久将会出现并且作为IGCC开发工作的对照进行下去）。2010.1.12发展状况二氧化碳的工业利用第三届“碳封存领导人论坛”部长级会议09年10月11日至14日在英国伦敦举行，参加会议的中国科技部部长万钢在接受采访时表示：“二氧化碳不是废气，应当作资源来利用。”（工程院大会）目前二氧化碳的工业利用（其中包括生物封存，主要是利用各种生物质的吸收转化作用来封存二氧化碳）实质上是将二氧化碳作为反应物生产含碳化工产品，从而达到封存的目的。这些含碳化工产品包括尿素、甲醇的生产，也可应用于园艺、冷藏冷冻、食品包装、焊接、饮料和灭火材料等方面。据统计，目前全球的二氧化碳利用量是每年约120Mt，其中大多数是用于生产尿素。2010.1.12