CCS_CCUS高碳能源低碳化的战略性选择

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李小春:影响CCS/CCUS技术发展应用的主要障碍是:
第一,高能耗的问题有待通过技术进一步发展而解决; 第二,高成本对经济的冲击很大,是CCS/CCUS技术发展所面临的重要压力; 第三,风险防控问题需要重视。在风险防控方面,可以通过工程示范来试验并由此证明其安全性能,同 时也为技术发展、政策的制定,以及公众信心的建立奠定基础; 第四,当前有关环境保护和采矿方面的法律法规很多,却没有专门针对CCS/CCUS,所以相应的法 律亟待确定。而现有的关于CCS/CCUS应用的规定和操作规程层级太低,不足以起到强制促进技术完善 的作用,不利于CCS/CCUS技术的深入发展。根据计划,我国在2015年CCS/CCUS实施将达到50万 吨规模,而2020年将达到上百万吨的工业规模,因而滞后的法律法规将带来很大的政策风险,我们应对 此有清晰认识。 此外,在制定CCS/CCUS环境监测、风险防控的过程中应该考虑全流程、全阶段,把HSE和技术合 一,还可在执行过程中借鉴已有的国内外的技术法规文件。在借鉴的同时,注意我国CCS/CCUS的不同特 点。主要体现在:范畴不一样;分区、分类、分级不一样;相对重要性不一样,比如力学稳定性在中国比 在欧洲和北美肯定高得多;我们的指标与判据、管理边界和责任主体都不一样。对于CCS/CCUS技术的未 来,其实还有很多地方存在问号,依靠单个人或团体的力量无法解决,希望相关部门携手形成合力,让有识 之士联合起来为了CCS/CCUS的未来,为了节能减排的美好前景而一起努力,把这些问号尽可能解决,并 形成更多的认识以促进技术的延展。
低碳世界 Low Carbon World
技术的发展需 要有恰如其分的机 会引领。
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记者:有专家说今后会有越来越多的人用CCUS代替CCS。亦有专家表示, “十二五”期间,二氧化碳行业将实施原料来源控制、强化应用技术开发等举措,使 二氧化碳行业从CCS迈向CCUS,努力实现二氧化碳减排及资源化利用。CCUS与CCS 之间存在着何种联系,这种变化又包含了何种寓意和趋势?
尽管面临挑战,但是只要我们对各项CCS/CCUS工程有深刻的认识,有调控的方法和技术,有完善 的监管体制和支撑工具是可以保证CCS/CCUS像其他类似工程处在同一风险程度水平,我们坚信可以把 这件事情做到尽善尽美。
国际上针对CCS/CCUS技术的风险进行了归纳,但是对于其灾害过程,以及相互激发和最佳监管环节并没 有表达清楚,其发生的条件、相对重要程度,以及指标和判决方面需要进一步研究。面对我国开展CCS/CCUS 技术的复杂性与多样性,我认为需要分类研究,包括先验性、后验性、盖层岩性等等诸多方面。
记者:有人说实施二氧化碳捕集所导致的能量损失与中国政府所大力推行的“节能减排”基本国策有 矛盾,综合来看,碳捕集、封存和利用对环境和低碳发展的影响究竟是正面还是负面?
Low Carbon World 2013/01
李小春:根据当前情况,实施CCS/CCUS实现了减排了,却消耗了资源,增加了25%~30%能耗。但 是,我们需要认识到技术的发展有一个漫长的过程。总体来看,经过长时间的技术应用,减排效果显 著,能耗也能逐渐下降,但完全不耗能本身并不现实,因而我们必须辩证、理性地看待CCS/CCUS技术的发 展,从而做出理性的选择与判断。至于CCS/CCUS对我国构建低碳经济社会的影响究竟是正面还是负面,还 有待时间的见证与检验。
总而言之,制定环境安全监管指南是非常有必要的,当前条件已经成熟,应该早点行动并平稳推进, 同时不能指望一蹴而就。另外,我们国家可以制定出操作性强、经济安全平衡、符合我国实际情况的工程 操作指南,除了环境安全,还应当把目光多集中在工程本身。
记者:您觉得CCS/CCUS技术可以在中国进行广泛推广吗?您认为,CCS/CCUS技术是否会成 为应对气候变化的主要技术?
寻觅CCS/CCUS与环境的关联 ——尽管面临环境挑战,但是只要我们对各项CCS/CCUS工程
有深刻的认识,有调控的方法和技术,有完善的监管体制和支撑工具 是可以保证CCS/CCUS与其他类似工程处在同一环境风险水平,我 们坚信可以把这件事情做到尽善尽美。
记者:气候变化是当今时代面临的最严峻的挑战之一,CCUS技术作为一项新兴技术 有望实现温室气体的大规模减排和化石燃料的低碳利用,受到广泛关注。然而,碳捕 捉和封存技术有没有危险性?对环境会造成什么影响?如何监测管理对环境产生的影响?请 您为我们详细解答。
李小春:现在关于CCS和CCUS的名词确实越来越多,最近经过梳理,我们认为 CCUS主要分为3类,地质利用与封存(CGUS)、化工利用与封存(CGUS)、生 物利用与封存(CBUS)。 CCUS是指以原本要排放的二氧化碳为原料并利用地下矿物或条件,封存二氧化碳并 生产有利用价值的产品,且相对于其他没有二氧化碳参与的工艺可减少二氧化碳排放的过 程。根据国际能源署(IEA)的估计,CCS/CCUS在未来减碳节能技术中将占到20%,是 最大的低碳单项技术。
李小春:碳捕捉和封存确实存在一定的环境影响和风险。首先,有可能污染地下水, 通过污染地下水对生态造成影响,进而可能影响人类健康;其次,会导致地层变形。 这也是我们为什么要重视环境安全监管的理由。在施行碳捕捉和封存、利用技术的过程中, 我们有预防措施,对于风险也可以控制,这也是推广CCS/CCUS的前提条件。通过已经在 进行的上千CCS/CCUS类似的工程经验来看,尽管存在一定的环境风险,但是通过监测、
记者:通常来说,将捕捉后的碳运输到封存地点,一般会借助什么运输工具?对于封 存地点又应该提出哪些要求?
李小春:一般而言,小规模的碳运输使用槽车,大规模碳运输则需要使用管道运输。 封存碳的地点必须满足4个基本要求:第一,容量、空间必须足够大;第二,保证碳 可注入;第三,不能漏,一口井一年注进去几十万吨以上的二氧化碳,必须确定永不泄露; 第四,对环境不构成破坏。
李小春:CCS/CCUS 高碳能源低碳化的战略性选择
文/本刊记者 陈薪
初探CCS/CCUS ——CCUS是指以原本要排放的二氧化碳为原料并利用地下矿物
或条件,封存二氧化碳并生产有利用价值的产品,且相对于其他没有 二氧化碳参与的工艺可减少二氧化碳排放的过程。
记者:作为低碳新技术,碳捕捉与封存技术(CCS)逐渐进入国人视线。现在, CCS技术又被扩展为CCUS(碳捕捉、封存与利用)技术,但是,公众对这些碳捕 捉、封存和利用技术都缺乏系统认识,请您为我们简要阐释其内涵?
第二,储盖层延续性差。潜在的封存目标层以陆相沉积地层为主,主要为河湖相沉积环境,地层延续 性较差; 应重视盖层横向延续性、储层中二氧化碳的优势流动问题。这关系到二氧化碳的密封性、封存 量、注入性和风险等封存关键环节。
第三,储盖层层数多、厚度偏小。多旋回沉积,储盖层层数多、厚度偏小,平均层厚为数米到十余 米;应重视“组合盖层”的密封性评价,剖面上的优势流动及其控制问题。前者关系到密封性,后者关系 到封存量和可注性。比如神华集团CCS项目附近的黄河地层,一百米之内有很大变化,层数很多,厚度很 小,这样派生出地质利用的多样性,这属于中国独有的特色,因而CCS/CCUS技术面临很大的挑战。
李小春:我认为CCS/CCUS不一定是应对气候变化的最主要途径。当前应对气候变化技术主要分3大 类:第一,节能增效手段;第二,可再生能源的使用;第三,CCS/CCUS技术。在2050年之前,仍 然以前两类技术的应用为主,2050年之后,如果节能减排目标还不能实现,才会主要推广CCS/CCUS技术 应用,以实现节能减排的最终胜利。 各项技术都作为我国节能减排的战略储备而存在,至于哪种技术应用为主要技术,关键在于各项技术 在不同时期的相互竞争和作用,由于减排的不确定性很大,因而各项技术的应用也有其不确定性。
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低碳世界 Low Carbon World
FEATURE 特写/访谈
低碳世界 Low Carbon World
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监管和预防措施,这些工程很少出现环境问题。 环境安全监管的目的在于安全运行、社会认同、市场准入、竞争公平、代际公平等。CCS/CCUS具
有跨行业、跨地域、跨时代、跨国家、技术链长、参与者多、不确定性大的特点,因而环境安全监管是件 非常紧急的要事。在国外,已经有关于环境监管方面的19个标准、指令、指南和最佳实践,而且技术标准 有其既有和针对性的法律、制度和文化背景,以及自然与工业条件。比如加拿大环境检测标准的操作性比 较强,主要范畴是咸水层+EOR,但是不排斥其他封存方式,从规划到关闭,不涉及移交、核算,HSE与 技术不分开,而且灾害链前端防控。这是加拿大的特色,值得借鉴,Βιβλιοθήκη Baidu是对于我国而言,如何在借鉴的基 础上,针对我国特色,制定一个暂行的环境安全监管文件成为当务之急。
FEATURE 特写/访谈
中国科学院武汉岩土力学研究所 教授 李小春
编者按:虽然中国为了大幅减排而在推进可再生能源的使用,但是煤炭仍然占据 中国能源结构的大部分,如何在煤炭使用和减少碳足迹之间寻求平衡?答案可能是碳 捕捉与封存技术(CCS)。在碳捕捉与封存技术(CCS)刚刚被我们初步认知之时, 又有专家提出从碳捕捉与封存(CCS)技术扩展为碳捕捉与封存、利用(CCUS)技 术。不论是CCS还是CCUS,公众普遍对其技术缺乏系统认识,尤其是技术对环境造 成的影响尤为疑惑。对此,中国科学院武汉岩土力学研究所李小春教授做客本期《低 碳世界》杂志,对此做出解答并对CCS/CCUS的下一步发展提出思考方向。
记者:目前碳捕集和封存技术在全球范围内尚处于研发和示范阶段。正如您所言,工程示范也为技术 发展、政策的制定,以及公众信心的建立奠定基础。您能否为我们列举和介绍较为成功的示范案例?
碳捕捉和封存确 实存在一定的环境 影响和风险。
记者:CCUS/CCS的部分单项技术已成熟,但CCUS和CCS都处于试验阶段,与 此同时,其成本居高,被人广为诟病,导致缺少商业激励。那么,捕捉一吨二氧化碳 究竟需要多少成本呢?
李小春:高昂的捕集成本是阻碍CCS/CCUS广泛应用的重要原因。在目前的技术条 件下,引入二氧化碳捕集环节将增加大量的额外资本投入和运行维护成本。在中国当 前的条件和技术背景下,根据排放源的不同而有上下差价,但大概范围都在140元/吨~600 元/吨。
CCS/CCUS的未来 ——对于CCS/CCUS技术的未来,其实还有很多地方存在问号,依靠单个人或
团体的力量解决不了,希望相关部门携手形成合力,让有识之士联合起来为了CCS/ CCUS的未来,为了节能减排的美好前景而一起努力,把这些问号尽可能解决,并形 成更多的认识以促进技术的延展。
记者:在您看来影响CCS/CCUS技术发展应用的最大瓶颈是什么?我们应该如何破解?对于CCUS 的未来,您有何建言?
制定环境安全监管文件,首先必须对我国的地质结构有着深刻的认知和了解。加拿大和美国的地质条 件很单一,绵延几千公里都属于一个盆地,而中国的地质情况则比较复杂,地质断层比较多。具体而言, 我国地质条件的特点有3个方面:
第一,构造运动比较频繁,地层连续性比较差。盆地规模相对欧美沉积盆地偏小;断层密集,构造单 元多且规模小;构造对场地筛选、封存容量、注入性和风险等具有重要影响,其中,中国封存场地的力学 稳定性评价比较重要。
李小春:技术的发展需要有恰如其分的机会引领。前几年CCS技术发展遇到瓶颈,很 难延续,而CCUS则可以通过适当的机会过渡到CCS,且CCUS可以产生一定的经
Low Carbon World 2013/01
济效益,所以企业和国家更愿意发展这项技术,同时发展CCUS可为CCS的大规模应用提 供经验。
在发展CCS的前期,CCUS技术容易成熟,贡献度比CCS的贡献度高,但随着 CCUS受到资源潜力和市场空间的限制,最后还是CCS用的更多。尽管我们的最终目的 是CCS——仅仅为了将碳捕捉和封存从而实现减碳目的——但是这样却没有经济回报,因 而,如今有越来越多的专家主张先采用CCUS,之后再使用CCS。当然,如果减排目标实 现了,可以永远不用CCS技术。而目前,我们却难以下定论。从不久前结束的多哈会议结 果来看,我们面临的减排压力更大了,未来的不可知数和不确定因素也更多。
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