碳封存能力的案例
碳捕集與封存(CCS)是如何工作的？
世界上有一個(gè)碳問(wèn)題。要解決這個(gè)問(wèn)題，就需要停止燃料燃燒的碳排放，轉(zhuǎn)而依靠風(fēng)力渦輪機(jī)和太陽(yáng)能電池等更清潔的能源。
但是，對(duì)于空氣中已經(jīng)存在的現(xiàn)有CO2，以及每天排放的數(shù)百萬(wàn)噸CO2，我們能做些什么嗎？
自然保護(hù)協(xié)會(huì)副主任Rebecca Benner說(shuō)：“在人類歷史的大部分時(shí)間里，碳排放都是由大自然平衡的，但現(xiàn)在我們產(chǎn)生CO2的速度比大自然回收CO2的速度快得多。”
碳捕集與封存是一個(gè)總括性的術(shù)語(yǔ)，其中一些技術(shù)是在20世紀(jì)80年代首次提出的，旨在將排放的CO2釋放到空氣中之前，將其捕集并封存起來(lái)。
雖然碳捕集與封存尚未大規(guī)模進(jìn)行，但公司和政客正在推動(dòng)碳捕集與封存，將其作為引導(dǎo)國(guó)家走向碳中和的未來(lái)計(jì)劃的關(guān)鍵部分。
在《通脹削減法案》中稅收激勵(lì)措施的鼓勵(lì)下，一些美國(guó)公司提出了捕集CO2并利用或?qū)⑵?em>封存在地下的項(xiàng)目。
然而，一些環(huán)保人士對(duì)這些提議持懷疑態(tài)度，他們表示，碳捕集與封存可能會(huì)分散人們對(duì)減排工作的注意力。
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究竟什么是碳捕集？
濕地和森林等自然生態(tài)系統(tǒng)從空氣中吸收碳并將其轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)，這是地球自然碳循環(huán)的一部分。
因此，植樹(shù)是一種低技術(shù)含量的碳捕集方法，而且我們知道這種方法可以大規(guī)模使用。
但隨著化石燃料的持續(xù)使用，大氣中CO2含量的上升速度超過(guò)了僅靠自然過(guò)程能夠抵消的速度，專家們已經(jīng)在尋找方法來(lái)增強(qiáng)大自然的能力。
全國(guó)各地都在努力植樹(shù)和進(jìn)行其他小規(guī)模試驗(yàn)。目前正在開(kāi)發(fā)兩種更大規(guī)模的方法：燃燒后捕集和直接空氣捕集。
展開(kāi) 2022年中國(guó)碳捕集、利用與封存（CCUS）行業(yè)洞察報(bào)告
技術(shù)環(huán)境：我國(guó)CCUS研發(fā)能力不斷突破，但部分關(guān)鍵技術(shù)與國(guó)際先進(jìn)水平仍存在一定差距
隨著國(guó)家科技重大專項(xiàng)、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等支持不斷，我國(guó)在CCUS各環(huán)節(jié)的關(guān)鍵技術(shù)不斷突破，其中，碳捕集環(huán)節(jié)的燃燒前物理吸收法、碳利用環(huán)節(jié)的鈾礦地浸開(kāi)采技術(shù)等已處于商業(yè)應(yīng)用階段。與此同時(shí)，我國(guó)仍存在CCUS相關(guān)設(shè)施數(shù)量較少、項(xiàng)目規(guī)模較小等短板，部分關(guān)鍵技術(shù)落后于國(guó)際先進(jìn)水平。根據(jù)《二氧化碳捕集、封存與利用技術(shù)應(yīng)用狀況》數(shù)據(jù)，中國(guó)已建成投產(chǎn)、在建及擬建的碳捕集與封存設(shè)施數(shù)量占全球總量的7.7%，占比遠(yuǎn)低于美國(guó)的50.8%。賽迪顧問(wèn)數(shù)據(jù)顯示，2021年我國(guó)捕集規(guī)模在30萬(wàn)噸/年以下的CCUS項(xiàng)目數(shù)量占比達(dá)88.9%，捕集規(guī)模超過(guò)60萬(wàn)噸/年的項(xiàng)目?jī)H占3.7%，而美國(guó)CCUS單項(xiàng)年均碳捕集規(guī)模約241.4萬(wàn)噸/年。
發(fā)展現(xiàn)狀
生態(tài)結(jié)構(gòu)：按照產(chǎn)業(yè)流程，CCUS主要由碳排放、碳捕集、碳運(yùn)輸、碳利用與封存等環(huán)節(jié)組成
碳排放主要分為煤化工、制氫等高濃度排放和石油化工、煉鋼、燃煤、燃?xì)獾戎械蜐舛扰欧拧?em>碳捕集、碳利用與封存是CCUS三大重點(diǎn)環(huán)節(jié)，下文將詳細(xì)闡述。碳運(yùn)輸主要分為罐車運(yùn)輸、船舶運(yùn)輸和管道運(yùn)輸?shù)取Ｆ渲校捃囘\(yùn)輸和船舶運(yùn)輸已達(dá)到商業(yè)應(yīng)用階段，海底管道運(yùn)輸則仍處于研究階段。
（1）碳捕集：既是CCUS的首要環(huán)節(jié)，也是CCUS流程中成本主要來(lái)源。碳捕集主要從工業(yè)廢氣和大氣中捕獲，CO2濃度越高，捕集成本越低。按碳捕集與燃燒的先后順序可將碳捕集技術(shù)分為燃燒前捕集、燃燒后捕集和富氧燃燒捕集。燃燒前捕集成本相對(duì)較低、效率較高，但適用性不高；燃燒后捕集雖應(yīng)用較廣，但相對(duì)能耗和成本更高；富氧燃燒對(duì)操作環(huán)境要求高，目前仍處于示范階段。
展開(kāi) 碳捕集、利用與封存(CCUS)價(jià)值鏈研究
本文介紹了碳捕集、利用與封存(CCUS)價(jià)值鏈。文章詳細(xì)闡述了通過(guò)集成CO2凈化工藝和整體齒輪式壓縮機(jī)，捕集、凈化及壓縮這些極具技術(shù)與經(jīng)濟(jì)挑戰(zhàn)性的任務(wù)，是如何得以被優(yōu)化的。
CCUS價(jià)值鏈
1.以CO2和氫氣為中心的能源基礎(chǔ)設(shè)施
MAN Energy Solutions致力于建立以CO2利用和可再生氫為中心的能源基礎(chǔ)設(shè)施。隨著可再生氫的增加，可銷售產(chǎn)品中CO2的使用也將隨之增加。這一新的基礎(chǔ)設(shè)施將在未來(lái)幾十年成為繁榮的源泉，即便日后我們實(shí)現(xiàn)了碳中和，CO2的捕集和分配仍將繼續(xù)。
發(fā)電廠、水泥廠、煉油廠、石化廠和鋼鐵廠等大型點(diǎn)污染源排放大量CO2。在捕集、凈化和壓縮后，CO2通過(guò)管道被傳送至工業(yè)生產(chǎn)商，后者將其作為原材料投入工藝流程。大部分CO2的直接利用都是臨時(shí)性的，因?yàn)樵谠摦a(chǎn)品被消耗時(shí)，CO2被釋放(如飲料、干冰、合成燃料和大多數(shù)化學(xué)品)。這些小型分散性碳排放無(wú)法以經(jīng)濟(jì)的方式回收，會(huì)被重新釋放到大氣中。因此，這些使用CO2的合成產(chǎn)品的碳平衡至多只是循環(huán)性的。僅有少數(shù)用途的CO2會(huì)被永久消除，例如聚碳酸酯和混凝土養(yǎng)護(hù)。
大多數(shù)碳化物中的焓含量遠(yuǎn)高于CO2含量，因此需要大量以氫氣形式存在的可再生能源，才能將CO2轉(zhuǎn)化為可銷售產(chǎn)品。可再生能源的可用性越高，避免碳排放或CO2轉(zhuǎn)化的可能性就越高，最終CO2封存量就越低。CO2的地質(zhì)封存仍有其必要性，根據(jù)國(guó)際能源署設(shè)定的可持續(xù)發(fā)展情景要求，到2050年及以后，每年至少需要5.6Gt的碳封存容量。
圖1 CO2價(jià)值鏈及碳排放前的封存期 圖源/MAN Energy Solutions
2.捕集和凈化
大多數(shù)大型點(diǎn)污染源排放低濃度CO2煙氣。如下述全球碳捕集與封存研究院2021年的研究所示，隨著CO2濃度的降低，能耗以及設(shè)備大小均會(huì)增加。
展開(kāi) 全球碳捕集與封存研究院：CCUS樞紐建設(shè)的優(yōu)缺點(diǎn)
Carbon Peak and Carbon Neutrality
引言
作為“雙碳戰(zhàn)略”重要組成部分的CCUS為政府和工業(yè)界提供了重要的機(jī)會(huì)。近年來(lái)，幾十個(gè)新的CCUS項(xiàng)目處于正在建設(shè)或規(guī)劃中，越來(lái)越多的國(guó)家提供了成熟的政策支持。據(jù)全球碳捕集與封存研究院（Global CCS Institute）研究成果顯示，一個(gè)有效的政策解決方案是支持CCUS網(wǎng)絡(luò)和樞紐的形成。在此環(huán)境下，排放者、監(jiān)管機(jī)構(gòu)和CCUS樞紐開(kāi)發(fā)人員合作，建立共享的基礎(chǔ)設(shè)施，實(shí)現(xiàn)規(guī)模經(jīng)濟(jì)，并在一個(gè)新的工業(yè)價(jià)值鏈中開(kāi)發(fā)實(shí)際可行的商業(yè)模式。隨著這些CCUS樞紐的發(fā)展，正在把越來(lái)越多的CCUS項(xiàng)目變成一個(gè)可擴(kuò)展的現(xiàn)實(shí)。
展開(kāi) 
深度解析：碳捕集、利用與封存（CCUS）技術(shù)工藝及其適用性
齊魯石化-勝利油田項(xiàng)目——我國(guó)首個(gè)百萬(wàn)噸CCUS項(xiàng)目
深部咸水層中CO?地質(zhì)封存機(jī)理主要有四種：（1）由于地層的高溫高壓狀態(tài)，注入到儲(chǔ)層中的二氧化碳將以超臨界狀態(tài)存在。但超臨界的二氧化碳密度小于水，所以這些二氧化碳隨著浮力的作用不斷向上移動(dòng)，直至遇到隔水層停止移動(dòng)。此時(shí)的二氧化碳聚集于地下儲(chǔ)層的頂部。這種封存方式稱為構(gòu)造封存；（2）二氧化碳在巖石孔隙中運(yùn)移，受到重力、浮力等多種力作用下達(dá)到平衡狀態(tài)，穩(wěn)定的存在于孔隙中。這種封存方式稱為殘余氣體封存；（3）部分注入到地下的CO?溶解于咸水中，溶解后的CO?進(jìn)一步形成了H?CO?，溶解的總量由儲(chǔ)層條件控制。這種封存方式稱為溶解封存；（4）在經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間反應(yīng)后，咸水中溶解CO?形成的碳酸根離子與咸水中原有的金屬離子相結(jié)合，從而形成穩(wěn)定的礦化物沉淀。這種封存方式稱為礦化封存。其中溶解封存和礦化封存，特別是礦化封存，因?yàn)槠?em>封存的穩(wěn)定性高，稱為了最為安全有效的碳封存方式。2015年在加拿大Quest咸水層開(kāi)展CCUS項(xiàng)目，氣源來(lái)自20km外的煉油廠，碳捕集后經(jīng)管道運(yùn)輸至Quest封存點(diǎn)，注入地下2000m深的咸水層，現(xiàn)已形成3個(gè)注CO?井組，實(shí)現(xiàn)CO?年封存量1.0×
10
6
t/a，目前累計(jì)封存CO? 6.0×10
6
t。2011年在中國(guó)鄂爾多斯盆地咸水層開(kāi)展了封存能力為1.0×
10
5
t/a的CCUS項(xiàng)目，該項(xiàng)目氣源來(lái)自煤制氫裝置變換單元的尾氣，截流后經(jīng)氣液分離、除油、脫硫、凈化、精餾等工藝，將純度為88.80％的CO?提純至99.99％以上，通過(guò)低溫罐車運(yùn)輸至內(nèi)蒙古鄂爾多斯市伊金霍洛旗東南約40 km處，注入至1700m深的咸水層。
展開(kāi) CCUS新技術(shù)：我國(guó)碳捕集利用與封存技術(shù)發(fā)展研究丨中國(guó)工程科學(xué)
本文選自中國(guó)工程院院刊《中國(guó)工程科學(xué)》2021年第6期
作者：張賢，李陽(yáng)，馬喬，劉玲娜
來(lái)源：我國(guó)碳捕集利用與封存技術(shù)發(fā)展研究[J].中國(guó)工程科學(xué),2021,23(6):70-80.
編者按
碳捕集利用與封存是將二氧化碳從能源利用、工業(yè)過(guò)程等排放源或空氣中捕集分離，通過(guò)罐車、管道、船舶等輸送到適宜的場(chǎng)地加以利用或封存。碳捕集利用與封存技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)化石能源利用近零排放，促進(jìn)鋼鐵、水泥等難減排行業(yè)的深度減排，而且在碳約束條件下，可以增強(qiáng)電力系統(tǒng)靈活性、保障電力安全穩(wěn)定供應(yīng)、抵消難減排的二氧化碳和非二氧化碳溫室氣體排放，是實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)不可或缺的重要技術(shù)選擇。
中國(guó)工程院李陽(yáng)院士研究團(tuán)隊(duì)在中國(guó)工程院院刊《中國(guó)工程科學(xué)》2021年第6期發(fā)表《我國(guó)碳捕集利用與封存技術(shù)發(fā)展研究》一文，對(duì)我國(guó)碳捕集利用與封存技術(shù)水平、示范進(jìn)展、成本效益、潛力需求等進(jìn)行了全面評(píng)估。文章指出，我國(guó)碳捕集利用與封存技術(shù)發(fā)展迅速，與國(guó)際整體發(fā)展水平相當(dāng)，目前處于工業(yè)化示范階段，但部分關(guān)鍵技術(shù)落后于國(guó)際先進(jìn)水平。在工業(yè)示范方面，我國(guó)具備了大規(guī)模捕集利用與封存的工程能力，但在項(xiàng)目規(guī)模、技術(shù)集成、海底封存、工業(yè)應(yīng)用等方面與國(guó)際先進(jìn)水平還存在差距。在減排潛力與需求方面，我國(guó)理論封存容量和行業(yè)減排需求極大，考慮源匯匹配之后不同地區(qū)陸上封存潛力差異較大。
展開(kāi) 保證人類零碳未來(lái)的托底技術(shù) ——碳捕集利用與封存（CCUS）技術(shù)路線利弊分析
生物炭的二氧化碳吸附能力，即每單位重量的生物炭所吸附的二氧化碳量，主要取決于生物炭的理化性質(zhì)，如表面積、孔徑、孔體積、生物炭表面的堿性、表面功能團(tuán)的存在、堿金屬和堿土金屬的存在、疏水性、極性和芳香性等。
許多研究表明，引入堿性氮功能團(tuán)會(huì)增強(qiáng)生物炭上的堿性位點(diǎn)，增加對(duì)酸性CO2的吸收。生物炭的胺處理很重要，因?yàn)樗黾恿撕倌軋F(tuán)的數(shù)量和堿性，從而提高了對(duì)二氧化碳的整體吸附量。
生物炭基吸附劑在二氧化碳去除方面的實(shí)際大規(guī)模應(yīng)用目前主要受三點(diǎn)阻礙：首先，盡管高吸附能力和長(zhǎng)期循環(huán)運(yùn)行對(duì)確保該技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性至關(guān)重要，但生物炭基吸附劑的穩(wěn)健性和穩(wěn)定性還沒(méi)有得到充分證明；其次，對(duì)于存在多種氣體介質(zhì)的情況，重要的是要知道除CO2以外的氣體是否會(huì)影響CO2的吸附能力（即競(jìng)爭(zhēng)性吸附），以及生物炭如何影響這些其他氣體的濃度。例如，二氧化碳的吸附能力可能會(huì)被最初吸附在碳上的H2O所降低；最后，和CaO基固體吸附劑一樣，經(jīng)過(guò)多次吸附再生循環(huán)后二氧化碳吸附能力下降。而循環(huán)吸附后二氧化碳捕獲能力的大量損失可能會(huì)增加再生的成本，并限制生物炭作為碳封存材料的使用。
目前，在歐美國(guó)家，生物炭被廣泛用作動(dòng)物健康的飼料添加劑，如凈化空氣和水。它在當(dāng)?shù)乩脷堄嗖牧仙a(chǎn)，可限制運(yùn)輸費(fèi)用和排放，并在改進(jìn)最終產(chǎn)品質(zhì)量的同時(shí)取代稀少的資源。生物炭的廣泛應(yīng)用使大規(guī)模負(fù)排放成為可能。可被世界各地成千上萬(wàn)的農(nóng)民，公共服務(wù)機(jī)構(gòu)，建筑材料供應(yīng)商所應(yīng)用。生物炭是一個(gè)分散的行業(yè)，有各種各樣的制造商，其中大多數(shù)是小型私營(yíng)公司。前五大生產(chǎn)商僅占市場(chǎng)的38.34％。生物炭生產(chǎn)商績(jī)效的一個(gè)關(guān)鍵變量是原材料成本，而木材現(xiàn)在是生物炭的主要原料，但其價(jià)格將高于其他衍生產(chǎn)品。生物炭消耗面積最大的是土壤改良劑，占2017年美國(guó)生物炭消費(fèi)量的82.94％。
展開(kāi) CCUS新技術(shù)--礦化：跟我一起探索碳捕集利用與封存方向的突破性技術(shù)！
碳捕獲、利用和儲(chǔ)存 (CCUS) 是我們尋找的產(chǎn)品組合中最重要的技術(shù)之一。今天介紹的這個(gè)技術(shù)來(lái)自國(guó)外，這是在30多個(gè)CCUS項(xiàng)目正在進(jìn)行實(shí)踐中，廠家也正在測(cè)試的技術(shù)將為2030年以后的業(yè)務(wù)脫碳奠定基礎(chǔ)。
最令人興奮的 CCUS 技術(shù)之一被稱為“礦化”，或?qū)?CO 2鎖定在礦物質(zhì)中。研發(fā)單位正在與意大利能源公司 Eni 合作，推進(jìn)他們的碳捕獲產(chǎn)品組合，將人們運(yùn)營(yíng)中產(chǎn)生的 CO 2重新用于生產(chǎn)的綠色水泥。Eni 正在將其碳捕獲和礦化專業(yè)知識(shí)用于將 CO 2儲(chǔ)存到橄欖石中，橄欖石是一種廣泛使用的礦物。研發(fā)單位的創(chuàng)新中心的研究人員正在探索使用這種碳酸化橄欖石作為一種新的低排放原材料來(lái)配制我們的綠色水泥。
創(chuàng)新和技術(shù)發(fā)展是成功應(yīng)對(duì)能源轉(zhuǎn)型挑戰(zhàn)的戰(zhàn)略關(guān)鍵，它將利用 Eni 的研發(fā)專業(yè)知識(shí)和 Holcim 的經(jīng)驗(yàn)。通過(guò)為難以減排的行業(yè)提供合適的解決方案，這項(xiàng)技術(shù)使人們能夠加快脫碳進(jìn)程。Holcim 和 Eni 的全球運(yùn)營(yíng)，加上 olivine 在全球范圍內(nèi)的廣泛可用性，將使該 CCUS 解決方案具有高度可擴(kuò)展性。它將使 CO 2永久封存 到建筑材料中以實(shí)現(xiàn)更環(huán)保的建筑，從而增加我們范圍廣泛的創(chuàng)新低排放原材料。研發(fā)廠家的團(tuán)隊(duì)目前正在繪制歐洲最相關(guān)的地點(diǎn)，以進(jìn)行工業(yè)規(guī)模的試點(diǎn)。這種伙伴關(guān)系符合人們的凈零旅程以及埃尼對(duì)其行業(yè)脫碳的承諾。
世界需要變革性技術(shù)來(lái)加速人們向凈零排放的過(guò)渡。通過(guò)將 CO 2儲(chǔ)存 在橄欖石等新礦物中，廠家正在擴(kuò)大我們的綠色水泥解決方案范圍，使可持續(xù)建筑在全球成為現(xiàn)實(shí)，同時(shí)減少企業(yè)運(yùn)營(yíng)的足跡。該單位與 Eni 的合作符合他們開(kāi)放的創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)，與志同道合的組織合作，從初創(chuàng)公司到跨國(guó)公司，共同創(chuàng)造更大的不同。
展開(kāi) 世界第一個(gè)碳纖維機(jī)器人，其跳躍能力讓你萬(wàn)萬(wàn)想不到
“我們的想法是，擁有一臺(tái)可以利用其腿部力量和推進(jìn)器行進(jìn)的機(jī)器，增強(qiáng)其跳躍能力。”
Leo高約2.5英尺（0.8米），身體上兩條細(xì)長(zhǎng)腿，使用“小雞步行機(jī)”的姿勢(shì)前進(jìn)。為了使其在力量和輕盈方面取得良好的平衡，關(guān)鍵是用碳纖維復(fù)合材料制作，重量?jī)H為6磅（2.7千克）。此外，其身體兩側(cè)還有一對(duì)推力器，足以讓它飛翔。
不過(guò)，Leo不會(huì)像普通的老式無(wú)人機(jī)那樣在空中飛行，因?yàn)檫@不是他真正的目標(biāo)。相反，Leo的推進(jìn)器設(shè)計(jì)能幫助在跳躍后，給予它更多的空中時(shí)間，讓它跳過(guò)障礙物，并安全降落在另一側(cè)。
五年前，波士頓動(dòng)力公司推出令人毛骨悚然的ATLAS機(jī)器人，像醉漢一樣踉踉蹌蹌。而現(xiàn)在，它們已成長(zhǎng)為“酷跑”的高手，甚至像專業(yè)運(yùn)動(dòng)員一樣進(jìn)行后空翻。
Leo雖不是世界第一個(gè)可以行走和飛行的機(jī)器人，但絕對(duì)是世界上第一個(gè)碳纖維機(jī)器人！
幾年前，EPFL團(tuán)隊(duì)就建造了一個(gè)類似蝙蝠的機(jī)器人，可以在陸地上移動(dòng)。但該機(jī)器人主要當(dāng)成一架可以爬行的無(wú)人機(jī)，行進(jìn)方式與Leo完全不同。
（來(lái)源：碳纖維體驗(yàn)館）
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