碳中和产业中的碳捕捉技术.docx

1、碳中和产业中的碳捕捉技术第一次听说“碳中和”这个词的时候，凭直觉认为，怎么把二氧化碳重新收 集起来、从空气中固化出来才是碳中和的核心。但是，真实情况和这种直觉是相 悖的碳捕捉和碳封存其实只占未来30年全球碳中和计划中比较小的部分， 对于中国来说，占比就更小了。Different zero GHG pathwayslead to different levels ofremaining emissions andabsorption of GHG emissionsNon-CO2 otherNon-C02 AgricultureResidentialH TertiaryTransportMM I

2、ndustryPowerMH LULUCF Net emissions皿，Figure 4:GHG emissions under the scenario of a global temperature increase of 1.5。/IlCarbon Removal Technologies /2050II具体有多小，我们参照欧盟委员会对2050年之前碳排放的计划就能看出来。 我把这张计划图放在上面了，方便的话你可以看看。图中从2035年之后才出现 的一点点红色的部分，就是碳捕捉所占的量。等它发展到2050年的时候，捕捉 的量也只有2020年碳排放量的l/20o但是，它却是全球减碳计划非

3、常关键的一步。因为到了 2050年的时候，全 球排放的二氧化碳有1/5是要靠碳捕捉来封存的。碳捕捉碳捕捉技术，通常被叫作“CCSU”，这几个字母分别代表着对二氧化碳进行 捕捉、封存、再利用。而后面这三个字母的排序，也正好是这三个步骤成熟度的 排序，捕捉是离成熟最近的，封存已经有了一些方案，但可靠性还有待长时间验 证，再利用方面只是偶尔有个别案例的应用。首先说捕捉我们凭直觉认为，“捕捉”就是把空气过滤，把里面的二氧化碳捕捉出来。 但其实，这是所有方法中最不成熟、最不可能大面积实施的。因为空气中二氧化 碳的含量只有万分之四，把含量如此低的东西从空气中挑出来是一件很不划算的 事情。这有点儿像去戈壁沙

4、漠挖坑找水，大部分情况下，你挖了好几个坑才渗出几 滴水出来，可是这时候你流的汗已经比那几滴水还要多了。所以，从空气中捕捉 二氧化碳就算可以做到，也要依赖非常先进的技术降低成本。其实，今后最广泛出现的碳捕捉是在二氧化碳的排放源头，也就是直接针对 排气管来捕捉二氧化碳。这里二氧化碳的浓度至少能达到10%以上，比那种万分 之几的浓度多多了。捕捉方法主要是三个大方向一一燃烧后捕捉、燃烧前捕捉和 富养燃烧捕捉。燃烧后捕捉及改进燃烧后捕捉，顾名思义，就是在燃烧化石能源的燃烧室之后再接一段吸收分 离装置，用一些化学方法，像吸尘器一样把二氧化碳吸附住。比如，二氧化碳溶于水后是一种酸性的溶液，那么我们把二氧化碳

5、通入一种 低温高压的碱性溶液里，今天常用的就是乙醇胺溶液，然后再把含有二氧化碳的 液体送到再生塔，那里的环境是高温低压的，于是就可以把吸收来的二氧化碳赶 出去。再提纯干燥后就可以压缩了，压缩到原来体积的百分之一。这时，一罐罐 的高压二氧化碳就算捕捉到了 O捕捉完之后,那个碱性溶液还可以继续循环利用O这个装置可以捕捉排放中至少90%的二氧化碳，理想状况下99%都可以捕捉 到，而且不需要对原有的工厂做翻天覆地的改造，只要在排放的后端加上相应的 脱碳设备就可以了。比如，我国华能上海石洞口第二电厂，从2010年就开始应 用这个技术了。这个技术的难度不大，但缺点是捕捉过程的能耗不低，发电厂原 本输出功率

6、的1/3都用于捕捉碳了，而且这个设施的面积还不小。对于这项技术来说，发展方向有两条，一个是改进配方，一个是改进工艺。配方指的就是那个碱性溶液的配方。现在的吸收剂有很多可选，都分别有各 自的优缺点。比如说都是1L溶液，肯定吸收二氧化碳越多越好。但这又和溶液 的浓度有关，碱性溶剂的浓度高了以后，粘稠度就会增加，把二氧化碳吸出来的 过程耗费的机械能就很高。还有就是因为溶剂本身是碱性的，对设备的腐蚀就比 较大，需要找腐蚀性小的配方才行。除此之外，废气中除了有二氧化碳之外，还有氧气，氧气在再生塔那个120C 的高温环境下就很讨厌了一一它会和碱性溶液发生氧化反应，于是碱性溶液就变 成其他东西了。所以，配方

7、里还要有一些还原剂，能把渗入到溶剂里的氧消耗掉。还有就是，再生塔里的温度比较高，于是碱性溶剂的挥发性就会增加，而有 些溶剂挥发后是有毒的，所以要尽量减少毒性。另一条发展方向就是改进工艺了。捕捉碳的过程就是气体和液体的接触过程, 想要让捕捉效率更高，接触面积就要尽量增大。而接触面积增大，就直接和设备 的占地面积有关了。一个60万千瓦的煤电厂，其实只能算是小型的煤电厂，但 想把它排放出的二氧化碳全都捕捉到，需要建3个40米高、20米直径、大桶一 样的吸收床才够用。里放了一张华能上海石洞口第二电厂的碳捕捉设备的图片。这个电厂是120 万千瓦的发电功率，图中两个直径几十米的大球就是捕捉设备。在工艺改进

8、的路上，如何增加接触面积、缩小这些大球的体积就是关键。比 如说，让吸收床高速旋转起来，就是工艺改进的一步。评价碳捕获的效果时，一般是用捕获一吨二氧化碳耗费多少能量来核算。现 在，人们能做到3G焦耳每吨的水平。今天全球采用后燃烧技术捕捉的电厂，最 大的在意大利，每天捕获60吨二氧化碳。虽然科学家和工程师们也在寻找固体 的吸附剂和能筛选二氧化碳的薄膜，但这两项技术现在的成熟度还远不及液体捕 捉。燃烧前捕捉碳捕捉的另外一个方式是燃烧前捕捉，在工程成熟度上落后于燃烧后捕捉。燃烧前捕捉主要用在煤电厂，在煤炭燃烧前就把二氧化碳去除。这个好像有 点反常识，都还没燃烧呢，哪儿来的二氧化碳？其实这和产生煤气的方

9、法类似一 在高温水蒸气的作用下，化石燃料会气化，生成二氧化碳、一氧化碳、甲烷、 氢气、氮气，其中氢气、甲烷和一氧化碳是之后燃烧的主要成分，而首先分离出 的二氧化碳就可以通过液体溶液捕捉的方式收集起来。但是，这种技术显然不适合传统煤电厂，因为对煤粉做了预处理后，燃烧环 节就完全和传统煤电厂不一样了，于是传统煤电厂是几乎没法采用这种方式的, 那相当于工厂重建了。所以，它只能用在新建电场和化工厂，尤其是生产氢气的 化工厂。富氧燃烧捕捉碳捕捉的最后一类一一富氧燃烧，这项技术和燃烧前捕捉有点类似。它们一 个是对燃料做预处理，一个是对空气做预处理。富氧要富到什么程度呢？含氧量 大约是95%的程度。富氧的好

10、处是能提升二氧化碳的浓度，具体原理是这样的一一只要是燃烧充分的情况，一份氧气就对应着一份二氧化碳。而如果空气不做 预处理，比例是4份其他气体、1份氧气，这样直接参与燃烧的话，燃烧后的二 氧化碳就占比很低。但是如果对空气做过预处理，空气变成了 95%的富氧状态, 那比例就变成了 19份氧气、1份其他气体，所以燃烧后的二氧化碳比例就特别 高，相当于一次提纯了。而且这样做，燃烧效率还高，氮氧化物的污染还少。但是，富氧燃烧的缺点也非常明显一一氧气在95%的浓度下燃烧，锅炉的温 度一下子就会升高很多，于是原来的锅炉就没法用了。前段工序还要建设氧气提 纯的设备，几乎相当于发电厂重建。而且就算是新建了发电厂，那种能承受高温 的锅炉也很贵。由于费用这么贵，所以富氧燃烧捕捉发展到今天，规模也远没有 燃烧后用液体捕捉的方法大。而到了这里，二氧化碳也只是