你的问题得到了回答:碳捕获与封存

碳捕获与封存(CCS)越来越被视为继续使用化石燃料的先决条件。如果你不能阻止二氧化碳(CO2)进入大气，那么你就不能燃烧燃料。但是CCS技术还没有进行过大规模的演示，其成本也不确定。

我们邀请读者向工业界和学术界的专家提出他们对CCS的问题。

以下人员回答了这些问题:

壳牌公司CCS投资组合经理蒂姆•伯特尔斯(TB);
以及伦敦帝国理工学院能源期货实验室的尼尔·麦克道尔(NM)和保罗·芬内尔(PF)。

•与吸收、剥离、压缩和将回收的二氧化碳输送到储存相关的寄生负荷是什么?额外的发电能力将来自哪里?

NM/PF: CCS工厂需要为烟道风机、胺循环泵、胺再生、CO2压缩、CO2脱水、助剂等提供能量。所需的能量大致相当于捕获和压缩的二氧化碳吨数。作为热效率损失的寄生负荷，特定电厂的热效率取决于未减热电厂的效率和二氧化碳强度;例如，燃煤CCS电厂需要捕获和储存更多的碳
每兆瓦产生的二氧化碳量是天然气CCS发电厂的两倍多。

据报告，净效率损失值为煤的9%至12% / 20%至29%，天然气的6%至11% / 10%至18%(热值降低百分比;
或LHV)和效率的相对下降(百分比)。

这实际上取决于使用的材料，但平均20%左右的数字是正确的。所以这意味着如果发电厂的效率是40%(在转换方面
(从燃料能源到电能)，如果没有CCS，它的效率将达到32%左右。随着CCS技术的进步，这将会减少。一个合理的目标是，到2030年，大规模展示技术，将温室气体排放量减半。

•私人投资CCS的主要驱动力是什么?是对气候变化的担忧还是提高石油采收率(EOR)?如果《联合国气候变化框架公约》(UNFCCC)(尤其是2015年巴黎气候大会)没有加大要求大幅减少所有来源的二氧化碳排放的压力，汽油和煤炭行业还会把钱投入环保的CCS吗?

NM/PF:我认为私人资金的主要驱动因素是:(a)如果有足够高的碳价格(或类似机制)来激励其部署，那么有兴趣成为这项技术的知情消费者/用户;(b)有意打开这个潜在利润丰厚的市场并能够供应设备;以及(c) EOR。然而，由于EOR是建立在获取尽可能便宜的二氧化碳供应的基础上，人们不会把目标对准发电厂的CCS
在第一种情况下，除非没有其他选择，而且油价非常高。

•据说，在碳价格具有竞争力之前，CCS是不可行的。你从各国政府那里得到了什么迹象表明这种情况会有所改善?

NM/PF:作为学者，这个问题并没有直接影响到我们。然而，英国目前的碳价格底线，加上中美在这一领域的协议，都是乐观的理由。

•一旦碳被储存在地质构造中，它会泄漏吗?如果是这样的话，储存的碳需要多长时间才能对环境无害?

NM/PF:假设存储位置已经被正确地选择和管理，泄漏的可能性非常小。因此，一旦被隔离，它基本上是无害的。我们将储存二氧化碳的地层并不是“空的”;它们是多孔岩石，目前充满了水。一旦二氧化碳溶解到水中，它就不再有浮力——所以它倾向于下沉，而不是上升。

最后，在大约1000年的过程中，二氧化碳与岩石反应形成碳酸盐矿物——这些通常是最稳定的岩石。你不妨问一下，我们是否担心多佛的白色悬崖(CaCO3)会自发地释放与之相关的二氧化碳。

•我们打算捕获的碳是以二氧化碳的形式存在的(我猜大部分是这样)。CCS会不会造成大气成分的不平衡，即减少一些，增加一些?

NM / PF:没有。它将阻止二氧化碳量的增加。从本质上讲，有些人担心我们会把大气中的氧气和二氧化碳一起吸走。这样想:二氧化碳是400ppm, O2是210,000ppm。如果我们燃烧足够多的碳，将大气中二氧化碳的浓度提高到500ppm(这足以使全球气温升高2°C)，我们将O2的浓度降低到209,900ppm(即0.05%)——几乎不明显。无论如何，这种下降是化石燃料燃烧的结果，而不是我们对形成的二氧化碳所做的任何事情。

•煤炭、石油和天然气发电的每兆瓦时CCS的货币成本是多少?

TB:采用CCS技术的发电厂的低碳化石能源每兆瓦时的短期和长期电力成本将取决于许多因素，其中包括发电厂的电力和CCS部分的资本和运营成本。

首个示范CCS电厂的成本将高于CCS电厂在商业阶段的预期成本。当大量建造这些工厂时，通过学习曲线大幅降低成本是可能的——类似技术的多次商业化证明了这一点。

英国的低碳化石能源成本和商业化后降低成本的来源之一是CCS降低成本工作组报告，该报告建立在定期更新的综合DECC发电成本研究的基础上。天然气和煤电的成本都有报告。石油发电成本不太重要，因为在欧盟，石油发电的使用非常少。报告还显示了每兆瓦时的CCS成本，作为低碳化石燃料CCS发电与未减排量电厂的额外成本。相比之下，天然气发电每兆瓦时的额外CCS成本通常较低，因为以兆瓦时为单位需要捕获和储存的二氧化碳较少。

NM/PF:不幸的是，这个问题没有一个简单的答案。正确的答案最终将取决于本次讨论之外的许多其他因素(例如，可获得融资的价格)。目前估计天然气加CCS的成本约为100欧元/兆瓦时，煤炭加CCS的成本约为110欧元/兆瓦时。

•每吨二氧化碳的CCS成本是多少?

TB:每吨二氧化碳的CCS成本是每兆瓦时低碳化石能源和未减碳发电厂的电力成本之差除以每兆瓦时低碳化石能源所捕获和储存的二氧化碳量。

由于规模经济和烟气中较高的二氧化碳浓度，煤电通常具有较低的每吨二氧化碳CCS成本。类似于q6的首个同类CCS成本将高于商业阶段的CCS。

未来每吨二氧化碳CCS成本的一个来源是零排放平台CCS成本研究。

NM/PF:见上文，但目前合理的成本可能是每吨70英镑，如果采用新技术，成本可能是每吨35英镑。然而，重要的一点是，到2050年(假设脱碳)，整个电力供应系统的成本增长将比CCS低2到3倍
包括在内。这是因为有必要在不刮风或不晒太阳的时候建造大量的电力储存设施。采用CCS技术的化石燃料可以提供一个更便宜的整体供应系统，并保证有能力应对需求(以及日益增长的供应)的变化。

•用什么方法从氮气和未使用的氧气中分离CO2 ?

TB:我认为你可以使用吸收剂，或者你可以加压和冷却排气，直到二氧化碳变成液体。这意味着二氧化碳已经处于处理所需的压力之下，但是用于压缩氮的能量需要被回收——也许可以通过提高发电机的效率来实现。

目前商业上可用的烟气二氧化碳捕获系统在吸收塔中使用精胺，选择性地从烟气(其中含有氮和残余氧)中去除二氧化碳。在再生柱中从装载的胺中分离出二氧化碳，然后对二氧化碳进行压缩和脱水。

对含二氧化碳气体(如烟道气)加压，然后进行部分膨胀/冷却，以冻结和分离颗粒中的二氧化碳的概念在全球研发计划的不同“低温”技术中得到了进展。虽然替代技术也取得了进展，但在最近的美国能源部转型二氧化碳捕获技术研讨会上给出了一些例子。

这些技术需要能量来压缩(和/或冷却)大的烟道气流，其中一些技术采用膨胀(和/或热交换)来回收部分压缩能量。

大烟道气流的压缩和能量回收都需要相当大的设备。在过去的几十年里，煤和天然气发电技术的效率有了显著提高。将胺和替代技术CCS电厂与不减功率循环的效率整合是一种选择，并已在不同的方案中进行了研究。所有这些“低温”技术都处于早期示范阶段(因此无法商业化)，需要开发、扩大规模，并确定其资本和运营成本，以及与商业化技术相比的能源惩罚竞争力。

NM/PF:我认为这是关于燃烧后二氧化碳分离的讨论，而不是含氧燃料。因此，有大量的技术正在试验中，从液体溶剂洗涤到新型吸收剂技术。

•以非溶剂吸收为基础的碳捕获(即矿化、合成燃料生产)最有前途的技术是什么?

TB:除了溶剂型技术之外，人们还在研究可再生的二氧化碳捕获技术(用于二氧化碳储存)。除其他外，这些都是基于吸附剂、膜和低温。

现在判断哪些是最有前途的还为时过早，而且很可能不同的技术会被证明适用于不同的应用，比如煤和天然气发电厂的改造或新建、氢气生产工厂、含二氧化碳的工艺流等。因此，应推进广泛技术组合的开发。

不可再生的二氧化碳捕获技术，如矿化或合成燃料，有不同的应用，有不同的驱动因素。矿化每吨二氧化碳需要大量的固体流动。从捕获的二氧化碳中合成燃料在技术上是可行的。然而，需要认识到，这一过程需要的能源将增加大量成本，特别是当使用低碳或可再生能源时。此外，捕获的二氧化碳将在燃料使用过程中再次释放。

NM/PF:矿物碳化是一种吸附技术。当注入含盐含水层(即CCS)时，这是二氧化碳的最终归宿。由于需要大量的原材料(比发电厂燃烧的煤多两到三倍)，并且需要大量的能量来研磨，许多人认为二氧化碳捕获不太有希望。合成燃料不是一种二氧化碳捕获技术，因为一旦你使用了这些燃料，二氧化碳就会重新释放到大气中(你要么声称已经使发电站脱碳，要么声称你生产的燃料脱碳，而不是两者都脱碳)。

从本质上讲，为什么不使用脱碳电力给电动汽车充电呢?二氧化碳永远不会进入大气。同时，系统将二氧化碳转化为燃料，然后在内燃机中使用燃料的效率损失意味着这是一个巨大的白象。

•CCS的前景如何?它可以改造到现有的发电站，而不是专门建造的集成CCS的发电站?

TB:现有发电站可以对其烟气进行燃烧后CCS改造。通常，运行捕集厂所需的蒸汽和电力可以从水中提取
发电厂公用事业系统。改造的范围和复杂性(以及成本)将取决于电厂的状态和CCS准备水平。CCS的准备程度可以根据可用的地块空间、安装的接头、二氧化碳管道走廊等进行不同层次的定义。改造效率较低、剩余技术或经济寿命有限的旧煤电厂很可能没有吸引力。

NM/PF:燃烧后的选择在这里是最好的-例如胺洗涤或钙环。

•考虑到国际协议所要求的时间表，你是否认为印度和中国等市场会向西方购买技术?还是他们自己开发，甚至授权给欧洲和美国?

TB:这将取决于哪个国家在实际项目中率先、以最快的速度示范CCS。无论如何，CCS市场的地位，如印度和中国(目前不在CCS示范的同一阶段)将随着时间的推移而改变;首先，对于第一批大规模的全价值链示范项目，印度和中国可能会寻求从开发和示范CCS技术更先进的国家(和公司)购买技术。

随着时间的推移，如果印度，特别是中国，可能还有其他发展中国家等市场加快其国内CCS技术的示范和开发，并成为新型CCS(捕集)技术的出口国，这种情况可能会发生变化。例如，欧洲——除了英国和挪威——目前在CCS示范方面落后了。

NM/PF:在短期内，除了韩国和日本的一些组织外，技术开发似乎主要由西方公司主导。从长远来看，考虑到这项技术将至少使用到本世纪末，亚洲的制造业基地将不可避免地开始发挥更大的作用。随着其他国家开始关注气候变化，我们已经开始失去领导者的地位。

•燃烧前CCS和燃烧后CCS哪个更有潜力?

TB:由于不同行业的二氧化碳来源不同，以及现有和新建CCS的不同，不同的CCS技术很可能会发展并找到自己的位置。具体来说，后燃烧将适合改造，而预燃烧可能在低碳氢生产中占有一席之地。

NM/PF:这取决于时间尺度和特定的细分市场。从短期到中期来看，燃烧后技术似乎比燃烧前技术更可行。也不能忘记氧燃料燃烧的选择。

•目前CCS实施的最大障碍是什么?如何克服?

TB: CCS是专门为气候变化目的而部署的技术的组合，而且——参照问题三——CCS在存在竞争性惩罚之前不会真正可行
为碳排放或碳捕获与储存技术生产的低碳产品(电力等)定价。在大多数国家，缺乏这两种技术是大规模实施CCS的最大障碍。

NM/PF:为项目融资，这里最重要的是来自政府的可靠、长期的承诺。此外，一些环保组织的错误反对