二氧化碳捕集和封存（CCS）每年可大規(guī)模減排幾十到幾百萬(wàn)噸二氧化碳。其實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的關(guān)鍵在于削減成本及增產(chǎn)原油等附加值。

在美國(guó)東南部墨西哥灣附近的巴里（Barry）煤炭火力發(fā)電站，捕集煤炭燃燒產(chǎn)生的二氧化碳的實(shí)證試驗(yàn)正在進(jìn)行。在排放到空氣中之前，捕集廢氣中的二氧化碳，利用管道轉(zhuǎn)移到發(fā)電站以西約19公里處的封存地點(diǎn)，封存于地下3000到3400米處。這是由日本三菱重工業(yè)公司與美國(guó)大型電力企業(yè)共同實(shí)施的項(xiàng)目。

捕集煤炭火力發(fā)電產(chǎn)生的90%的二氧化碳

從發(fā)電站和鋼鐵廠等的廢氣中捕集二氧化碳，壓入穩(wěn)定的地層等中進(jìn)行封存，這被稱為“二氧化碳捕集及封存”（CCS）。通過(guò)封存井，將二氧化碳送入地下幾千米的“蓄水層”中。使二氧化碳融入地下水，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定封存。

三菱重工2011年6月開(kāi)始，每年在煤炭火力發(fā)電站捕集15萬(wàn)噸左右的二氧化碳，這在全球?yàn)樽畲笠?guī)模。相當(dāng)于發(fā)電站排放的二氧化碳的90％。并從2012年開(kāi)始封存于地下。在煤炭火力發(fā)電站一條龍實(shí)施高達(dá)15萬(wàn)噸的捕集及封存，這在全球也尚屬首例。

煤炭火電二氧化碳排放量約為輸出功率相同的天然氣火電的2倍。不過(guò)，價(jià)格較其他化石燃料低，中國(guó)等新興市場(chǎng)國(guó)家為了滿足急劇增大的電力需求，正在加快建設(shè)煤炭火電。因此，從全球來(lái)看，確立CCS技術(shù)是當(dāng)務(wù)之急。

CCS的核心技術(shù)已由許多行業(yè)確立。現(xiàn)在的技術(shù)開(kāi)發(fā)著重于削減成本。日本地球環(huán)境產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究機(jī)構(gòu)（RITE）推算，捕集及封存成本總額，如果是新建煤炭火力發(fā)電站，每噸二氧化碳為7300日元，如果是已有發(fā)電站，則為1.24萬(wàn)日元。其中約占6成的捕集成本仍有削減的空間。

捕集技術(shù)大致分為3類，即使用吸収液、利用溫度差吸收及釋放二氧化碳的“化學(xué)吸収法”，使用沸石等易于吸附二氧化碳的物質(zhì)的“吸附法”，在水處理領(lǐng)域已廣為利用的使用某種膜的“膜分離法”。

鋼鐵及重型電機(jī)領(lǐng)域競(jìng)相節(jié)能

接著來(lái)看看上述三種技術(shù)各自具有的特點(diǎn)。首先是化學(xué)吸収法。其原理是，將含有二氧化碳、氮和氫等的廢氣送入“吸収塔”，在塔內(nèi)，從上部注入的吸収液與廢氣接觸，僅吸收二氧化碳，吸収液通過(guò)換熱器加熱之后，利用“再生塔”再次進(jìn)行加熱，然后釋放出二氧化碳，捕集積存的二氧化碳，吸収液冷卻后重新送回吸収塔。

提高吸収液的吸収效率、削減用于加熱和冷卻的能源，這是降低成本的有效方法。三菱重工與日本關(guān)西電力公司共同開(kāi)發(fā)的吸収液“KS-1”為實(shí)現(xiàn)節(jié)能做出了很大貢獻(xiàn)。以往的吸収液捕集1噸二氧化碳，需要消耗3～4吉焦（GJ）的能源，而KS-1僅需2.5吉焦。新日鐵住金公司和東芝公司等也在就化學(xué)吸収法的節(jié)能性能展開(kāi)競(jìng)爭(zhēng)。

新日鐵住金工程公司于2012年12月，啟動(dòng)了使用新日鐵住金與RITE共同開(kāi)發(fā)的吸収液的捕集設(shè)備。日本鋼鐵業(yè)界受日本新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)（NEDO）的委托，在開(kāi)發(fā)低碳型煉鋼技術(shù)，作為其中一環(huán)，進(jìn)行著捕集設(shè)備的實(shí)證。

新日鐵住金工程戰(zhàn)略策劃中心能源及GTL事業(yè)戰(zhàn)略部高級(jí)經(jīng)理五十嵐正之說(shuō)：“通過(guò)改良吸収液、設(shè)計(jì)可充分發(fā)揮其性能的設(shè)備以及有效利用低溫廢熱，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能40％?！?/p>

再生塔中吸収液的溫度一般為120℃左右，新日鐵住金與RITE共同開(kāi)發(fā)的吸収液將溫度降到了95℃，屬全球首創(chuàng)，并且還通過(guò)重沸器，將廢熱用于再生塔加熱，將捕集1噸二氧化碳所需的能源控制在了2.4吉焦。

RITE化學(xué)研發(fā)小組首席研究員東井隆行解釋說(shuō)：“化學(xué)吸収法的工作原理是首先使吸収液分子與二氧化碳分子相結(jié)合，再通過(guò)加熱解除與二氧化碳分子的結(jié)合。我們此次開(kāi)發(fā)的吸収液具有可在更低溫度下解除結(jié)合的分子結(jié)構(gòu)，并且在吸収及釋放性能方面都達(dá)到了最佳水平?！?/p>

另一方面，東芝也擁有優(yōu)勢(shì)，該公司正在通過(guò)日本國(guó)內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)著的煤炭火力發(fā)電站對(duì)分離及捕集進(jìn)行驗(yàn)證。目前正在其旗下獨(dú)立發(fā)電運(yùn)營(yíng)商（IPP）西格瑪POWER有明公司建在福岡縣大牟田市的三川發(fā)電站內(nèi)，運(yùn)轉(zhuǎn)著采用化學(xué)吸収法的試驗(yàn)成套設(shè)備。通過(guò)使用自主開(kāi)發(fā)的吸収液、提高換熱效率等，使捕集能耗減少到了2.6吉焦。

即使廢氣中二氧化碳含量較少，化學(xué)吸収法也能進(jìn)行高效率捕集，因此適合用于二氧化碳濃度較小的火力發(fā)電站。而鋼鐵廠及天然氣精煉廠等的廢氣二氧化碳濃度在20％以上，如果提高壓力，利用其他捕集技術(shù)也能進(jìn)行低成本捕集。

吸附法的原理是，在高壓狀態(tài)下，使多孔吸附劑吸附二氧化碳，之后降低壓力，釋放二氧化碳。日本JFE鋼鐵公司于2011年，開(kāi)始在西日本鋼鐵廠福山廠區(qū)進(jìn)行實(shí)際驗(yàn)證。

JFE鋼鐵公司鋼鐵研究所環(huán)保加工研究部主任研究員齊間等充滿信心地表示：“為了進(jìn)行實(shí)用化準(zhǔn)備工作，我們將設(shè)計(jì)年處理100萬(wàn)噸規(guī)模的設(shè)備?！爆F(xiàn)在正利用備有3個(gè)填充了300公斤沸石的大型罐（吸附塔）的設(shè)備，每天從高爐廢氣中捕集3噸二氧化碳。JFE鋼鐵計(jì)劃使這套設(shè)備實(shí)現(xiàn)大型化。

日本政府針對(duì)實(shí)用化，設(shè)定了將1噸二氧化碳的捕集成本控制在2000日元左右的目標(biāo)。JFE鋼鐵通過(guò)2年的實(shí)證實(shí)驗(yàn)，已經(jīng)有望使成本低于2000日元。將捕集時(shí)間縮短到原先的一半，此外，如果業(yè)界正在開(kāi)發(fā)的低碳型煉鐵技術(shù)得以實(shí)用化，廢氣中的二氧化碳濃度會(huì)上升，如果將濃度上升的因素考慮在內(nèi)，便可實(shí)現(xiàn)2000日元的目標(biāo)。

對(duì)于膜分離法，有關(guān)方面瞄準(zhǔn)了更低的1500日元。受日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省委托，由RITE、可樂(lè)麗公司、日東電工公司和新日鐵住金工程組成的研究合作組織目前正在進(jìn)行相關(guān)開(kāi)發(fā)。在有機(jī)膜中加入高分子吸収劑，可僅使二氧化碳通過(guò)。通過(guò)改進(jìn)制膜方法，將單位面積的透過(guò)量提高到了剛開(kāi)始開(kāi)發(fā)時(shí)的10倍以上。

RITE與可樂(lè)麗、日東電工及新日鐵住金工程合作，共同開(kāi)發(fā)出了能夠從高壓氣體中，以低成本捕集二氧化碳的膜分離法。設(shè)想用于通過(guò)干餾煤炭生成燃?xì)廨啓C(jī)燃料的“煤炭氣化爐”。

將這種經(jīng)過(guò)改進(jìn)的有機(jī)膜卷成卷狀，填充到壓力容器中，組合利用多個(gè)容器制成模塊，就可從高壓廢氣中高效率捕集二氧化碳。研究合作組織計(jì)劃2014年度開(kāi)始著手進(jìn)行實(shí)際驗(yàn)證。RITE化學(xué)研發(fā)小組主任研究員池田健一說(shuō)：“我們將實(shí)際驗(yàn)證通過(guò)使用高效率膜及簡(jiǎn)化設(shè)備能夠使成本降到1500日元，并且，還將探討降至1000日元的可能性?！?/p>

利用捕集的二氧化碳實(shí)現(xiàn)石油增產(chǎn)

關(guān)于封存，日本已計(jì)劃2016年度以后開(kāi)始在北海道苫小牧市海域進(jìn)行壓入實(shí)證實(shí)驗(yàn)。自2012年度起在4年內(nèi)，國(guó)家的投資總額為470億日元。已開(kāi)始向著位于海底地下1100米～1300米及2400米～3000米的蓄水層挖井。計(jì)劃每年封存約10萬(wàn)噸二氧化碳。

而在挪威和加拿大等地，每年以幾十萬(wàn)～一百幾十萬(wàn)噸的規(guī)模捕集及封存天然氣精煉所排二氧化碳的業(yè)務(wù)已經(jīng)持續(xù)了10年以上。預(yù)定2014年以后啟動(dòng)的澳大利亞西北部高更（Gorgon）CCS計(jì)劃年規(guī)模為300萬(wàn)噸。作為全球變暖對(duì)策的王牌，二氧化碳捕集及封存?zhèn)涫芷诖?/p>

國(guó)際能源署（IEA）認(rèn)為，要達(dá)成“2050年使全球溫室氣體減半”的全球共同目標(biāo)，需要減排二氧化碳570億噸。據(jù)稱其中20％可通過(guò)CCS削減?？偛吭O(shè)在澳大利亞的研究機(jī)構(gòu)GlobalCCSInstitute（GCCSI）稱，全球目前正在實(shí)施或計(jì)劃的大規(guī)模二氧化碳捕集及封存業(yè)務(wù)多達(dá)75件。即便如此，仍然達(dá)不到2050年減半所需的削減量。因?yàn)橐匀蚪?jīng)濟(jì)危機(jī)為背景，各國(guó)政府及金融機(jī)構(gòu)開(kāi)始暫緩向CCS業(yè)務(wù)投資。

單純封存二氧化碳的CCS只會(huì)花費(fèi)成本，沒(méi)有任何產(chǎn)出。另一方面，二氧化碳可用于“提高石油采收率技術(shù)”（EOR），將二氧化碳?jí)喝胗吞?，便可降低油層中殘余原油的粘度，使之變得易于開(kāi)采。二氧化碳還可用做肥料和尿素的原料。目前，以產(chǎn)油國(guó)和新興市場(chǎng)國(guó)家等為中心，將活用二氧化碳與CCS結(jié)合起來(lái)，使收益高于捕集及封存成本的業(yè)務(wù)成為主流。