碳捕集與封存 (CCS) 是一種收集和儲(chǔ)存 CO2 氣體的技術(shù),。
碳捕集與封存(Carbon Capture and Storage,,CCS),就是將捕獲,、壓縮后的二氧化碳運(yùn)輸?shù)街付ǖ攸c(diǎn)進(jìn)行長(zhǎng)期封存的過(guò)程,。CCS技術(shù)包括二氧化碳捕集,、運(yùn)輸以及封存三個(gè)環(huán)節(jié),。根據(jù)碳封存地點(diǎn)和方式的不同,可將碳封存方式分為地質(zhì)封存,海洋封存,、碳酸鹽礦石固存以及工業(yè)利用固存等。
在將CO2封存到地下之后,,為了防止其泄漏和或遷移,,需要密封整個(gè)存儲(chǔ)空間。目前認(rèn)為比較可行的辦法是利用常規(guī)的地質(zhì)圈閉構(gòu)造,,它包括氣田、油田和含水層,對(duì)于前兩種,,由于他們是人類能源系統(tǒng)基礎(chǔ)的一部分,,人們已熟悉他們的構(gòu)造和地質(zhì)條件,所以利用它們來(lái)儲(chǔ)存CO2就比較便利和合算,,而含水層由于其非常普遍,,因此在儲(chǔ)存CO2方面具有非常大的潛力。
碳捕獲和封存(CCS)是捕獲,、儲(chǔ)存或利用CO 2氣體的過(guò)程,。由于以下幾個(gè)原因,CCS 受到了濃厚的興趣:
· 它減少了CO 2排放,。
· 它有助于維持已經(jīng)建成并可能已支付費(fèi)用的碳基基礎(chǔ)設(shè)施的價(jià)值(例如燃煤水泥廠),。
· 它有助于維持地下碳基資產(chǎn)的價(jià)值,否則這些資產(chǎn)將因脫碳而無(wú)法燃燒(例如煤炭,、石油和天然氣),。
· 它為石油公司提供了一種在脫碳世界中利用其核心競(jìng)爭(zhēng)力的方法,因?yàn)?CCS 在機(jī)械上類似于天然氣開采,,只是方向相反,。
目前,全世界每年有 4000 萬(wàn)噸 CO 2通過(guò) CCS 處理(Mt/yr);然而,,全球排放量大約高出 1000 倍,。由于成本原因,CCS 沒(méi)有取得進(jìn)一步進(jìn)展,,并且缺乏迫使市場(chǎng)吸收這一額外成本的政府干預(yù),。然而,在對(duì)氣候變化的日益關(guān)注和 CCS 成本降低的推動(dòng)下,,CCS 最終可能會(huì)流行起來(lái),。
要擴(kuò)大 CCS,需要協(xié)調(diào)封存地點(diǎn)的調(diào)查,、CO 2管道網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)以及現(xiàn)有碳基基礎(chǔ)設(shè)施的改造,。同步需要一個(gè)長(zhǎng)期戰(zhàn)略,了解 CCS 可能如何展開,,并制定相應(yīng)的計(jì)劃,。本文概述了 CCS,并討論了長(zhǎng)期的 CCS 戰(zhàn)略可能是什么樣子,。
什么是碳捕獲和封存?
CCS 包括三個(gè)步驟:捕獲,、運(yùn)輸和存儲(chǔ)。
· 捕獲涉及從氣流中提取CO 2 ,。例如,,可以從燃燒天然氣發(fā)電的設(shè)施的廢氣中提取 CO 2 ,。在捕獲之前,大約 10% 的廢氣是 CO 2,,而其余大部分是氮?dú)?。捕獲需要將CO 2從氮?dú)庵蟹蛛x出來(lái)。
· 運(yùn)輸通常涉及在管道中 移動(dòng) CO 2 ,。
· 儲(chǔ)存需要將 CO 2置于地下,,或以某種方式使用它。存儲(chǔ)成本通常只占 CCS 總成本的一小部分,。
隨著來(lái)源中的 CO 2變得更稀,,提取成本增加。例如,,從具有 85% CO 2廢氣的乙醇生產(chǎn)中提取 CO 2 (~$15/tCO 2 ) 比從具有 10% CO?2廢氣的天然氣發(fā)電中提取CO 2 (~$60/tCO 2 ) 更容易,。更困難的是直接空氣捕獲 (DAC),它涉及從大氣中提取 CO 2 ,??諝庵泻?0.042% ( 420ppm ) CO 2,提取成本為數(shù)百美元/tCO 2,。
為了儲(chǔ)存,,通常將 CO?2氣體轉(zhuǎn)化為壓力≥72 ATM (1058psi) 的液體,并將該液體注入地表以下 800 米或更深處,。一個(gè)注射到已經(jīng)有這些壓力的液體的部位,,這表明它們可以承受壓力。現(xiàn)有的石油和天然氣田通常是很好的候選者,,因?yàn)樗鼈兊牡叵聞?dòng)態(tài)已經(jīng)得到很好的了解,。有關(guān)詳細(xì)信息,請(qǐng)參閱DOE 2017 CCS 存儲(chǔ)報(bào)告,。
當(dāng)將 CO 2氣體壓縮成液體時(shí),,體積減小 3000 比 1,密度變得與水相似(即一立方米重約一公噸),。理論上,,人們可以將一年的液態(tài)CO 2儲(chǔ)存在直徑為 20.8 公里、高度為 100 米的地下圓筒中(34Gt/yr 全球 CO 2排放量 = 100m x 3.14 x 10,400m^2 / 1e9),。
捕獲世界上 30% 的 CO 2需要多少成本?
世界目前排放大約 34Gt/yr 的 CO 2,。如果通過(guò) CCS 處理 10Gt/yr,成本為每噸 100 美元($/tCO 2),,那么全球每年的總成本將為 1T 美元(10G x 100 美元),。如果 16% 由美國(guó)處理,那么在達(dá)到 1.6Gt/yr 的水平后,,消費(fèi)者每年的成本將為 $160B ,。如果建造超過(guò) 10 年,,那么消費(fèi)者的成本在第 1 年為 $16B,在第 2 年為 $32B,,在第 10 年之后為每年 $160B,。公眾對(duì)這些數(shù)字不滿意;因此,需要進(jìn)行研發(fā)以降低 CCS 成本,。
什么限制了 CCS 的部署?
10Gt/yr 規(guī)模的 CCS不受地下存儲(chǔ)可用性的限制,也不受技術(shù)限制,。相反,,它受到 CCS 成本的限制,從 40 美元到 150 美元/tCO 2不等,。較低的數(shù)字適用于具有高濃度 CO 2的過(guò)程,,例如乙醇生產(chǎn)。然而,,在大多數(shù) CCS 應(yīng)用中,,成本超過(guò) 100 美元/tCO 2。
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