CCS技術(shù)是Carbon Capture and Storage 的縮寫，是將二氧化碳（CO2）捕獲和封存的技術(shù)。CCS技術(shù)是指通過碳捕捉技術(shù)，將工業(yè)和有關(guān)能源產(chǎn)業(yè)所生產(chǎn)的二氧化碳分離出來，再通過碳儲(chǔ)存手段，將其輸送并封存到海底或地下等與大氣隔絕的地方。
目前，CCS技術(shù)尚處于研發(fā)階段。 第三屆“碳封存領(lǐng)導(dǎo)人論壇”部長(zhǎng)級(jí)會(huì)議2009年10月13日在英國(guó)倫敦舉行。會(huì)議發(fā)布的公報(bào)說，在2009年年底舉行的聯(lián)合國(guó)氣候變化大會(huì)上，應(yīng)考慮將“碳捕捉與儲(chǔ)存(CCS)”技術(shù)納入可能達(dá)成的新全球協(xié)議中。
CCS技術(shù) - 技術(shù)概況
ccs技術(shù)示意圖
CCS是穩(wěn)定大氣溫室氣體濃度的減緩行動(dòng)組合中的一種選擇方案。CCS具有減少整體減緩成本以及增加實(shí)現(xiàn)溫室氣體減排靈活性的潛力。CCS的廣泛應(yīng)用取決于技術(shù)成熟性、成本、整體潛力、在發(fā)展中國(guó)家的技術(shù)普及和轉(zhuǎn)讓及其應(yīng)用技術(shù)的能力、法規(guī)因素、環(huán)境問題和公眾反應(yīng)。CO2的捕獲可用于大點(diǎn)源。CO2將被壓縮、輸送并封存在地質(zhì)構(gòu)造、海洋、碳酸鹽礦石中，或是用于工業(yè)流程。CO2大點(diǎn)源包括大型化石燃料或生物能源設(shè)施、主要CO2排放型工業(yè)、天然氣生產(chǎn)、合成燃料工廠以及基于化石燃料的制氫工廠。潛在的技術(shù)封存方式有：地質(zhì)封存（在地質(zhì)構(gòu)造中，例如石油和天然氣田、不可開采的煤田以及深鹽沼池構(gòu)造），海洋封存（直接釋放到海洋水體中或海底）以及將CO2固化成無機(jī)碳酸鹽。
CCS技術(shù) - 組成
碳捕集
CCS技術(shù)由碳捕集和碳封存兩個(gè)部分組成。其中，碳捕集技術(shù)最早應(yīng)用于煉油、化工等行
業(yè)。由于這些行業(yè)排放的CO2濃度高、壓力大，捕集成本并不高。而在燃煤電廠排放的CO2則恰好相反，捕集能耗和成本較高。現(xiàn)階段的碳捕集技術(shù)尚無法解決這一問題。
碳捕集技術(shù)目前大體上分作三種：燃燒前捕集、燃燒后捕集和富氧燃燒捕集。三者各有優(yōu)勢(shì)，卻又各有技術(shù)難題尚待解決，目前呈并行發(fā)展之勢(shì)。哪一種先取得突破，哪一種就會(huì)成為未來的主流。
燃燒前捕集技術(shù)以IGCC（整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)）技術(shù)為基礎(chǔ)：先將煤炭氣化成清潔氣體能源，從而把CO2在燃燒前就分離出來，不進(jìn)入燃燒過程。而且，CO2的濃度和壓力會(huì)因此提高，分離起來較方便，是目前運(yùn)行成本最廉價(jià)的捕集技術(shù)，其前景為學(xué)界所看好。問題在于，傳統(tǒng)電廠無法應(yīng)用這項(xiàng)技術(shù)，而是需要重新建造專門的IGCC電站，其建造成本是現(xiàn)有傳統(tǒng)發(fā)電廠的兩倍以上。
燃燒后捕集可以直接應(yīng)用于傳統(tǒng)電廠，北京高碑店熱電廠所采用的就是這條技術(shù)路線。這一技術(shù)路線對(duì)傳統(tǒng)電廠煙氣中的CO2進(jìn)行捕集，投入相對(duì)較少。這項(xiàng)技術(shù)分支較多，可以分為化學(xué)吸收法、物理吸附法、膜分離法、化學(xué)鏈分離法等等。其中，化學(xué)吸收法被認(rèn)為市場(chǎng)前景最好，受廠商重視程度也最高，但設(shè)備運(yùn)行的能耗和成本較高。
事實(shí)上，由于傳統(tǒng)電廠排放的CO2濃度低、壓力低，無論采用哪種燃燒后捕集技術(shù)，能耗和成本都難以降低。如果說，燃燒前捕集技術(shù)的建設(shè)成本高、運(yùn)行成本低，那么燃燒后捕集技術(shù)則是建設(shè)成本低、運(yùn)行成本高。
富氧燃燒捕集技術(shù)試圖綜合前兩種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，做到既可以在傳統(tǒng)電廠中應(yīng)用，排出的CO2的濃度和壓力也較高。由于該技術(shù)主要著力在燃燒過程中，也被看作是燃燒中捕集技術(shù)。與傳統(tǒng)電廠直接用空氣助燃的燃燒技術(shù)不同，富氧燃燒是用純度非常高的氧氣助燃，同時(shí)在鍋爐內(nèi)加壓，使排出的CO2在濃度和壓力上與IGCC差不多，再用燃燒后的捕集技術(shù)進(jìn)行捕集，從而降低了前期投入和捕集成本。但看似完美無缺的解決方案，卻有一個(gè)巨大的技術(shù)難題——制氧成本太高，這也使得富氧燃燒捕集技術(shù)在經(jīng)濟(jì)性上并沒有太大優(yōu)勢(shì)。
碳封存
若把CCS作為一個(gè)系統(tǒng)來看，碳捕集的成本要占到2/3，碳封存的成本占1/3。碳封存技術(shù)相對(duì)于碳捕集技術(shù)也更加成熟，主要有三種：海洋封存、油氣層封存和煤氣層封存。與碳捕集技術(shù)多路線并行發(fā)展不同，碳封存技術(shù)路線主次分明，方向明確。
海洋封存有兩種潛在的實(shí)施途徑：一種是經(jīng)固定管道或移動(dòng)船只將CO2注入并溶解到水體中（以1000米以下最為典型），另一種則是經(jīng)由固定的管道或者安裝在深度3000米以下的海床上的沿海平臺(tái)將其沉淀，此處的CO2比水更為密集，預(yù)計(jì)將形成一個(gè)“湖”，從而延緩CO2分解在周圍環(huán)境中。海洋封存及其生態(tài)影響尚處于研究階段 。
油氣層封存分為廢棄油氣層封存和現(xiàn)有油氣層封存。國(guó)際上有企業(yè)在研究利用廢棄油氣層的可行性，但并不被看好。主要原因在于目前人類對(duì)油氣層的開采率只能達(dá)到 30%—40%，隨著技術(shù)進(jìn)步，存在著將剩余的60%—70%的油氣資源開采出來的可能性。所以，世界上尚不存在真正意義上的廢氣油氣田。
通過利用現(xiàn)有油氣田封存CO2被認(rèn)為是未來的主流方向，這項(xiàng)技術(shù)被稱為CO2強(qiáng)化采油技術(shù)，即將CO2注入油氣層起到驅(qū)油作用，既可以提高采收率，又實(shí)現(xiàn)了碳封存，兼顧了經(jīng)濟(jì)效益和減排效果。這項(xiàng)技術(shù)起步較早，最近10年發(fā)展很快，實(shí)際應(yīng)用效果得到了肯定，也是中國(guó)優(yōu)先發(fā)展的技術(shù)方向。
煤層氣封存技術(shù)是指將CO2注入比較深的煤層當(dāng)中，置換出含有甲烷的煤層氣，所以這項(xiàng)技術(shù)也具有一定的經(jīng)濟(jì)性。但必須選在較深的煤層中，以保證不會(huì)因開采而造成泄漏。中
國(guó)已經(jīng)和加拿大合作開發(fā)了示范項(xiàng)目，投資高、效果不錯(cuò)。問題在于CO2進(jìn)入煤氣層后發(fā)生融脹反應(yīng)，導(dǎo)致煤氣層的空隙變小、注入CO2會(huì)越來越難，逐漸再也無法注入。所以，該技術(shù)并不為研究人員看好。
效率
對(duì)人為的和自然界的類似情況的觀測(cè)和模式都表明在適當(dāng)選擇并進(jìn)行管理的地質(zhì)封存儲(chǔ)層中，被保留的部分很可能25在100年時(shí)間里維持在99%以上，并且也有可能191,000年中維持在99%以上。海洋封存的CO2其釋放將是逐漸的，會(huì)延續(xù)幾百年。在礦石碳化的情況下，已封存的CO2不會(huì)向大氣釋放。
運(yùn)輸
運(yùn)輸成本在CCS技術(shù)系統(tǒng)當(dāng)中所比重相當(dāng)小。主要有兩種方式：管道運(yùn)輸和灌裝運(yùn)輸，技術(shù)上問題不大。
管道運(yùn)輸是一種成熟的市場(chǎng)技術(shù)，也是運(yùn)輸CO2最常用的方法。一次性投資較大，適宜運(yùn)輸距離較遠(yuǎn)、運(yùn)輸量較大的情況。灌裝運(yùn)輸主要通過鐵路或公路進(jìn)行運(yùn)輸，僅適合短途、
小量的運(yùn)輸，大規(guī)模使用不具有經(jīng)濟(jì)性。
CCS技術(shù) - 成本
在大多數(shù)CCS系統(tǒng)中，捕獲（包括壓縮）的成本是最大的成本部分。能源和經(jīng)濟(jì)模式指出CCS系統(tǒng)對(duì)于減緩氣候變化的主要貢獻(xiàn)將來自于其在電力行業(yè)的發(fā)展。正如本報(bào)告估計(jì)的那樣，大多數(shù)模擬結(jié)果表明當(dāng)CO2價(jià)格開始達(dá)到大約25－30美元/噸CO2時(shí)，CCS系統(tǒng)才開始出現(xiàn)在顯著的部署規(guī)模。
在2002年的狀況下，估計(jì)CCS在產(chǎn)電方面的應(yīng)用將使產(chǎn)電成本增加大約0.01－0.05美元16/千瓦時(shí)（US$/kWh），具體成本將取決于燃料、特定技術(shù)、場(chǎng)地以及國(guó)家環(huán)境。將EOR的利益包含在內(nèi)，會(huì)使CCS造成的額外電力生產(chǎn)成本降低大約0.01－0.02美元/千瓦時(shí)17。用于產(chǎn)電的燃料市場(chǎng)價(jià)格的上升通常會(huì)使CCS的成本增加。石油價(jià)格對(duì)于CCS的量化影響尚不確定。然而，來自于EOR的收入通常隨石油價(jià)格升高而上升。CCS在小規(guī)模的基于生物質(zhì)的電力生產(chǎn)中的應(yīng)用會(huì)大幅度增加用電成本，在一家較大的具備CCS的煤電廠中進(jìn)行生物質(zhì)復(fù)合燃燒將更有成本效益。 與新建一個(gè)采用捕獲系統(tǒng)的電廠相比，預(yù)計(jì)用CO2捕獲系統(tǒng)改裝現(xiàn)有電廠將產(chǎn)生較高的成本并顯著降低總體效率。對(duì)于一些剛建不久和效率高的現(xiàn)
有電廠或者對(duì)于電廠已大幅度升級(jí)或重建的電廠，改裝的成本劣勢(shì)會(huì)減少。
CCS技術(shù) - 國(guó)際現(xiàn)狀
英國(guó)正在幫助中國(guó)和印度開發(fā)ccs技術(shù)，圖中是一所ccs示范工廠的透視圖
世界上有很多的CCS項(xiàng)目正在運(yùn)行中，其中較有代表性的有三個(gè)，即挪威國(guó)家石油公司在北海的Sleipne項(xiàng)目、阿爾及利亞的In Salah項(xiàng)目和加拿大Weyburn項(xiàng)目。這些項(xiàng)目有些將
二氧化碳注入海底或地下，有些注入油田，以提高油田的采收率。
日本
日本最大的煤用戶“日本電力”（J-Power）是日本與澳大利亞合作研究CCS技術(shù)項(xiàng)目的一部分，據(jù)稱該小組是世界首個(gè)全面運(yùn)用CCS技術(shù)的項(xiàng)目，以削減碳排放。
該項(xiàng)目根據(jù)澳大利亞和日本政府間的協(xié)議把日本的氧燃燒技術(shù)和澳大利亞潛在的CCS儲(chǔ)藏地結(jié)合起來進(jìn)行。進(jìn)行該項(xiàng)目的日本公司有J-Power、IHI、Mitsui等，澳大利亞公司有Xstrata、澳大利亞昆士蘭電力供電商CS能源和Schlumberger有限公司，以及澳大利亞煤炭聯(lián)合會(huì)。在3年多的試驗(yàn)期中，10萬多噸二氧化碳將被儲(chǔ)藏在地下，相當(dāng)于該廠排放量的10-%-15%。J-Power公司目前尚無進(jìn)行商業(yè)規(guī)模CCS電廠建設(shè)計(jì)劃，但該公司稱，他們未來將出售技術(shù)給中國(guó)和印度。
歐盟
歐盟在斯洛文尼亞人任期期間已經(jīng)達(dá)成碳俘獲和儲(chǔ)存協(xié)議。提議支持的條款很寬泛，但為儲(chǔ)存大量CO2，協(xié)議仍然需要比如安全方面的細(xì)節(jié)條款。CCS技術(shù)或許能為許多國(guó)家提供
改善能源安全的機(jī)會(huì)，即允許他們繼續(xù)燃燒大量煤炭，幫助諸如中國(guó)這樣的國(guó)家削減二氧化碳排放。
工業(yè)界評(píng)估表明，首座商業(yè)規(guī)模的CCS試驗(yàn)電廠可能在2012－2015年運(yùn)行。但這個(gè)時(shí)間表很可能改變，因?yàn)樽罱绹?guó)、英國(guó)和加拿大的項(xiàng)目被取消。歐洲電力公司E.ON 和 Electrabel 稱，他們將與日立歐洲電力公司組成小組在他們電廠檢測(cè)清潔煤技術(shù)。可移動(dòng)檢測(cè)器能夠每小時(shí)處理5000立方米煤燃燒過的煙氣，并且可以從一處移到另一處。歐洲的競(jìng)爭(zhēng)者RWE和Vattenfall公司也在為這些項(xiàng)目工作。
美國(guó)
美國(guó)電力的一半來自燃煤，每年要向大氣排放CO2達(dá)15億t。美國(guó)威斯康辛州的密歇根海灘附近準(zhǔn)備建一座大型燃煤發(fā)電廠，該電廠煙囪里的CO2將被分離并捕捉，將捕捉到的CO2儲(chǔ)存在地下或海底上百年上千年，此項(xiàng)技術(shù)簡(jiǎn)稱為CCS技術(shù)。這個(gè)名為Pleasant Prairie電廠是CCS示范工程。該示范項(xiàng)目將耗資1100萬美元，由美國(guó)電力公司和阿爾斯通公司合資。
波蘭
波蘭經(jīng)濟(jì)部2008年3月21日宣布，至少使建設(shè)2套發(fā)電裝置將采用碳捕集與封存（CCS）技術(shù)。波蘭電力的95%來自燃煤發(fā)電。波蘭在歐洲能源論壇上表示，已提出CCS舉措，將在2015年實(shí)施二個(gè)CCS設(shè)施。
CCS技術(shù) - 中國(guó)現(xiàn)狀
與國(guó)際較為先進(jìn)的二氧化碳捕集和封存技術(shù)相比，中國(guó)還處于較為落后的階段。中國(guó)碳捕集的技術(shù)還處于起步階段。二氧化碳捕集法只是大量用于二氧化碳純度高、比較容易捕集的煉油、合成氨、制氫、天然氣凈化等工業(yè)過程。
目前中國(guó)的二氧化碳捕集和封存整體上還處于實(shí)驗(yàn)室階段，而且大都采用燃燒后捕集的方式。工業(yè)上的應(yīng)用也主要是提高采油率。但是近年來中國(guó)在CCS的研究上做了很多的工作，從2003年開始政府就參加了相關(guān)的領(lǐng)導(dǎo)人論壇。近幾年，包括“973計(jì)劃”、“863計(jì)劃”在內(nèi)的國(guó)家重大課題都對(duì)CCS的研究進(jìn)行了立項(xiàng)，并取得了重大進(jìn)展。
