碳捕获技术能成为气候解决方案的一部分吗?

一些科学家和分析人士正在吹捧碳捕获和存储是避免灾难性气候变化的必要工具。但这项技术的批评者认为,这只是另一种继续依赖化石燃料的方式。

40多年来,公司一直在科罗拉多州西南部的二氧化碳钻探。时间和地质已经联系起来捕获钻机挖掘的二氧化碳的巨大泡沫,并建造了一条管道,以便一直到西德克萨斯州的油田。在用二氧化碳冲刷时,这些老年的井在德克萨斯州下面的新家里永久地困住了更多的石油,而且大部分的二氧化碳停留在其新家里。

肯珀县发电厂附近的子午线,密西西比州
这个正在密西西比的肯珀县建造的发电厂,将是美国第一个收集自身碳排放的发电厂。加里·布隆伯格TRAMONTINA / /盖蒂图片社

最近,钻探人员在密西西比州杰克逊地下近三英里处挖掘了杰克逊圆顶(Jackson Dome),以获取被困住的二氧化碳用于类似用途。这被称为提高石油采收率。现在有一个新的来源的二氧化碳上网在密西西比州——发电厂燃烧气化煤Kemper县,将生产电力和捕获二氧化碳通过60到2015年,并将其发送给管道油田南部的状态。

密西西比项目利用化石燃料燃烧产生的排放来帮助开采更多的化石燃料,这是一个不太理想的解决气候变化问题的方案。但是,提高石油采收率可能是使一项对应对气候变化至关重要的技术——二氧化碳捕获和储存(CCS)——更广泛地应用的重要一步。

由于煤炭的使用持续增长,预计煤炭消费预计将从2000年到2020年增加一倍,主要是由于中国和印度的需求 - 一些科学家认为,CCS技术的广泛采用可能是任何限制全球平均温度增长的关键到2摄氏度,避免重大气候破坏的阈值。毕竟,煤炭是最脏的化石燃料。

“化石燃料随时不再消失,”非营利性清洁空中特遣部队的化石燃料过渡项目总监John Thompson说。“如果我们认真预防全球变暖,我们将不得不找到一种方法来使用这些燃料而没有进入大气层的碳。似乎可以不可思议,我们可以在没有大量的碳捕获和储存的情况下做到这一点。问题是我们如何及时部署它,并以在许多国家的成本效益的方式?“

最大的挑战是规模因为老旧油田对燃煤电厂产生的二氧化碳的潜在需求是巨大的。

“为什么要花这么多时间和精力去想出不是真正的解决方案呢?”一位评论家说。

汤普森估计,提高石油采收率最终将消耗330亿吨二氧化碳,或相当于美国所有发电厂几十年的二氧化碳污染总量。汤普森和其他分析人士认为,在开发化石燃料替代品的同时,大规模提高石油采收率是CCS技术部署的一个重要阶段。

“短期内,为了开发这项技术,我们可能会更多地使用碳氢化合物,这让有环保意识的人感到不舒服,”乔治亚理工学院从事二氧化碳捕获的化学工程师克里斯·琼斯(Chris Jones)说。“但这是我们必须要做的一件事,让技术发挥作用,学习如何提高效率。”

与此同时,二氧化碳的捕获和储存并不像把碳锁在地下那么简单。正如琼斯所指出的,这一过程将使化石燃料的使用永续下去,并可能证明将全球变暖污染排除在大气之外。此外,由于将高压液体泵入地下或所有二氧化碳返回大气时意外释放,还存在人为引发地震的风险。

哥伦比亚大学拉蒙特-多尔蒂地球天文台的物理学家彼得·艾森伯格说:“原则上,任何不从空气中吸收碳的解决方案都是不可持续的。”他正在研究从天空中而不是烟囱中提取二氧化碳的方法。他指出,仅仅避免二氧化碳污染是不够的,还会产生政治力量——继承今天的能源公司——这将巩固这种不可持续的技术,“为什么要花费这么多时间、精力和创造力来提出不是真正的解决方案?”他补充道。

但增强的储油恢复的扩大仍然是加强努力,更广泛地采用CCS技术并降低其价格,这是目前部署的主要障碍。CO2存储的需求超出了中国和美国,这是世界上两个最大的污染者。全球范围内,超过350亿公吨的二氧化碳每年都被倾倒到大气中,几乎都来自煤炭,石油和天然气的燃烧。根据2年的C目标抑制全球变暖,超过100个CCS项目每年将在2020年缩短270万吨二氧化碳污染,这是必须由2020年建造的,根据国际能源机构.但目前计划或提议的只有60座,其中只有21座已经建成或投入使用。

这些项目包括肯珀电厂和其他燃煤电厂,以及伊利诺斯州一个在建的乙醇精炼厂的CCS项目。由荷兰皇家壳牌公司领导的一个小组正在开发一种技术,以捕获加拿大阿尔伯塔省和萨斯喀彻温省油砂生产过程中的二氧化碳污染12亿美元的项目用CCS技术改造一座大型燃煤电厂,预计将于今年晚些时候投入使用。在北美以外,有34个拟议或正在运行的CCS项目,其中大多数在亚洲和澳大利亚。但据全球CCS研究所(Global CCS Institute)称,由于公众的反对,德国等欧洲国家已经取消了采用CCS的计划,欧洲计划的CCS项目从2011年的14个减少到2014年的5个。

政府间气候变化专门委员会(IPCC)提出,发电厂的CCS可能是遏制全球变暖努力的关键部分。

这可能与欧盟公开表示的帮助应对气候变化的意图相冲突。联合国政府间气候变化专门委员会(U.N. Intergovernmental Panel on Climate Change)今年早些时候提出,发电厂的碳捕获和存储可能是任何遏制全球变暖的认真努力的关键部分。“我们依赖于从大气中去除大量的二氧化碳,以使2100年的二氧化碳浓度远低于450(百万分之一),”世界银行的经济学家奥特马尔·埃登霍费尔说波茨坦气候影响研究所也是IPCC第三工作组的联合主席,该工作组的任务是找出缓解气候变化的方法。他说,最终,在没有任何CCS的情况下,将全球气温上升控制在2摄氏度,需要在“未来几十年”内完全淘汰化石燃料。

然而,从2007年到2013年,全球煤炭消费量从64亿增加到74亿公吨,煤炭用途继续上升。虽然可再生能源像太阳风和风一样迅速增长,但他们从一个非常小的基地上营业,许多能源分析师争辩说,在他们可以提出化石燃料之前将是几十年。建设核电站的时间和费用 - 以及公众反对派 - 也阻碍了低碳技术取代煤炭燃烧的能力。和生物燃料或电动汽车仍然很长的路口供货用于运输。

奥巴马政府希望鼓励发展二氧化碳捕获和使用或储存。新规则环境保护署要求发电厂减排30%到2030年可能会刺激CCS技术的发展。NRG能源公司已经和一家日本公司合作将CO2捕获添加到燃煤电厂在休斯顿附近,并使用管道将捕获的污染送到附近的油田。价值10亿美元的CCS项目是一系列19美元的CO2 Capture项目中的最新一系列或者在美国提出的最新一系列。

NRG能源公司和一家合作公司正在为休斯顿附近的一家燃煤电厂增加碳捕获技术。

这些二氧化碳捕获和储存实验可能很快转移到中国美国是世界上最大的二氧化碳排放国。中美两国政府达成了一项开发CCS技术的合作协议,包括华能等中国电力公司与Summit power等美国公司之间的合作。Summit power正在德克萨斯州西部开发一个CCS电厂。在中国,天津期待已久的绿色能源发电厂仍在建设中,它将捕获二氧化碳,用于中国自身提高石油采收率的努力。但是展望未来,CCS的成本可能会让中国这样的发展中国家对这项技术更加反感。中国也计划将煤炭转化为液体燃料——从气候的角度来看,这个过程甚至比直接燃烧肮脏的岩石还要糟糕。

捕获二氧化碳的技术相对简单,自20世纪30年代以来一直在使用。例如,CO2可以通过通过胺化学浴通过燃料气体通过胺化学浴槽来捕获二氧化碳,通过胺化学浴,结合CO 2。然后加热化学物以释放CO 2。将CO 2加压以将其转化为液体,然后通过管道将液体泵送到适当的存储场地。那些包括地下地质形成,如砂岩或盐水含水层,也是旧油田,其中CO2用常规方法留下的岩石中的小毛孔中的油,并迫使它到表面。美国石油的六个已经来自使用提高原油采收率,根据美国能源信息管理,该数字将增加。

尽管如此,CCS所面临的经济和技术挑战依然严峻。像二氧化碳捕获和储存示范在西弗吉尼亚州的登山电厂被遗弃,因为没有人想要支付它。硬件坐落在雨率的电厂的烟囱和冷却塔旁边。

挑战在于,从烟囱中捕获二氧化碳的成本要高于将其排放到大气中。

最终的挑战是,从烟囱中捕获二氧化碳的成本比简单地将其排放到大气中要高。分析人士说,鼓励减少污染、增加二氧化碳捕获的最简单方法是通过对碳排放征税,对排放二氧化碳的特权收费。如果二氧化碳的价格足够高,可能会使捕获温室气体看起来很便宜。

即使政策发生改变,储存所有二氧化碳的问题仍然存在,包括担心二氧化碳可能逸回大气或引发地震。在阿尔及利亚,一个测试几乎储存400万公吨在气体抬升上覆岩石并使其破裂后,注入地下的二氧化碳被停止。对此类地震活动或二氧化碳意外排放的担忧阻碍了欧洲的CCS计划,以及对如何确保储存的二氧化碳能够持续千年的担忧。

但是将二氧化碳储存在地下是可行的,就像挪威那样Sleipner.北海项目已经证明。在Sleipner,它于1996年开始捕获和存储二氧化碳,超过1600万公吨的二氧化碳已被占据了Undersea砂岩形成;该项目由挪威的碳税资助。在世界各地,潜在的存储资源是Gargantuan。美国人估计4万亿公吨根据美国能源部的数据,二氧化碳以多孔砂岩或咸水含水层的形式储存能力。

哥伦比亚的科学家拉蒙特-多尔蒂地球观测站其他地方也在研究海底的储存潜力到底有多大。拉蒙特大学的海洋地球物理学家大卫·戈德堡提出,可以把液态二氧化碳抽到近海,注入世界上许多海岸线上随处可见的玄武岩地层中。戈德堡解释说,二氧化碳与水混合后,会从玄武岩中滤出金属,形成碳酸盐白垩。

他补充说:“整个CCS工作的目标是将二氧化碳这种易挥发的物质转化为固体,永远封存。”戈德堡计算出,只有一个这样的横跨大西洋南北的山脊,理论上就可以储存人类迄今为止的所有过量二氧化碳排放。“离岸的神奇之处在于,你可以远离人群和财产。”

也有玄武岩在陆地上.在冰岛的实验中,超过80%的注射二氧化碳与周围的玄武岩互动,并在不到一年的时间内转化为岩石。华盛顿州的类似实验取得了类似的结果。

最终,完全摆脱化石燃料是控制二氧化碳污染的唯一途径。但在此之前,CCS对于避免灾难性的气候变化可能至关重要。“最终,我们需要在这个星球上安装一个恒温器,”Klaus Lackner说,他是哥伦比亚大学的物理学家,致力于直接从空气中提取温室气体,而不是从烟囱中捕获。“我们需要控制二氧化碳排放。”

2014年9月9日更正:这篇文章之前的版本错误地陈述了美国多孔砂岩或盐水含水层的二氧化碳存储容量;它有4万亿公吨。