清潔煤之夢(mèng)

呂　靜

將燃煤變成低碳排放的清潔燃料的想法出現(xiàn)多年，發(fā)展這項(xiàng)技術(shù)的工程也已經(jīng)啟動(dòng)，但全面得到應(yīng)用離我們依然遙遠(yuǎn)

煤是最便宜和最豐富的化石能源，地球上的煤還可以為我們提供幾百年的能源供應(yīng)。問(wèn)題是，若干年后，燒煤所釋放的二氧化碳(CO2)可能使得我們這個(gè)星球不再適于人類居住。有沒(méi)有辦法可以讓我們獲得沒(méi)有碳排放的能源呢？

煤炭技術(shù)人員認(rèn)為，肯定有讓煤達(dá)到零碳排放的辦法。這就是，在煤燃燒的時(shí)候?qū)⑵洚a(chǎn)生的CO2捕捉起來(lái)埋到地下，讓它哪兒來(lái)哪兒去。地底下有足夠的地方儲(chǔ)存CO2，而且可以安全地儲(chǔ)存數(shù)千年，這正是碳捕捉與儲(chǔ)藏技術(shù)(CCS)的初衷。假如這項(xiàng)技術(shù)有朝一日能夠達(dá)到我們的要求，那么，儲(chǔ)煤豐富的美國(guó)、中國(guó)、印度等國(guó)家和地區(qū)就可以像兩個(gè)世紀(jì)前的歐洲工業(yè)革命時(shí)期一樣，在后工業(yè)年代中繼續(xù)用煤做燃料。

政府的熱情與冷清

CCS的想法最早要追溯到1979年。當(dāng)時(shí)，國(guó)際應(yīng)用系統(tǒng)分析研究所的塞薩里?馬舍蒂提出了一套CO2的掩埋系統(tǒng)，馬舍蒂認(rèn)為這種技術(shù)可以作為一種應(yīng)對(duì)氣候改變碳排放的途徑；但是這類項(xiàng)目直到1996年才開(kāi)始實(shí)施。當(dāng)時(shí)，挪威國(guó)家石油公司在北海司雷普納威斯特氣田分離天然氣中的CO2，并將這些CO2重新壓回海床之下的一個(gè)沙石蓄水層。目前，這個(gè)項(xiàng)目每年仍然掩埋100萬(wàn)噸的CO2。

如今，在加拿大薩斯喀徹溫省偉伯恩和阿爾及利亞的薩拉赫也有了類似的系統(tǒng)。都是將CO2打回到現(xiàn)有的油井中，以助于將原油壓出來(lái)。

雖然受到追捧，但這些項(xiàng)目并不能處理大型煤火力發(fā)電站所產(chǎn)生的具有龐大體積的CO2，也無(wú)從減少人類活動(dòng)所排放的CO2總量——每年大約為240億噸。要削減這些二氧化碳中的4%就需要1000個(gè)司雷普納掩埋點(diǎn)。

除了上述這些配置，人們所有的就是一些混亂的研發(fā)項(xiàng)目了，其中很多項(xiàng)目還在藍(lán)圖設(shè)計(jì)階段。2007年9月，美國(guó)一個(gè)叫做未來(lái)發(fā)電的工業(yè)社團(tuán)宣布，伊利諾斯的麥圖將成為測(cè)驗(yàn)CCS的新型發(fā)電站地點(diǎn)，他們計(jì)劃從2013年開(kāi)始在電站的巖石下掩埋CO2。當(dāng)時(shí)，伊利諾斯州州長(zhǎng)羅德?布拉格杰維奇也曾信心滿滿地說(shuō)：“隨著我們成為世界上最清潔的燃煤發(fā)電站之家，人們的燒煤傳統(tǒng)將會(huì)煥發(fā)新的活力。”可是，6個(gè)星期后，由于政府對(duì)將要分擔(dān)的13億美元望而卻步，該項(xiàng)目終于遭到了被廢棄的命運(yùn)。

盡管如此，CCS依然不缺少“粉絲”。去年10月，英國(guó)政府高級(jí)商務(wù)部長(zhǎng)約翰?哈頓預(yù)測(cè)，到2030年，廣泛應(yīng)用的CCS“將使得超過(guò)英國(guó)1/3的電力由該技術(shù)產(chǎn)生”。而在德國(guó)，只有符合新能源政策的CCS才能與大量新型燒煤發(fā)電站結(jié)合起來(lái)使用。

然而不幸的是，在能源工業(yè)中卻很少有人相信這些遙遠(yuǎn)目標(biāo)會(huì)一蹴而就。麻省理工學(xué)院于去年發(fā)表的一項(xiàng)叫做“煤炭未來(lái)”的研究認(rèn)為，世界上第一座CCS商業(yè)工廠最早也要在2030年投產(chǎn)。美國(guó)愛(ài)迪生電力協(xié)會(huì)的托馬斯?庫(kù)恩代理著美國(guó)絕大部分發(fā)電機(jī)，其中有一半是燒煤的，采用的是類似的生產(chǎn)線。去年9月，他告訴美國(guó)眾議院，一個(gè)大型燒煤發(fā)電站CCS排放的商業(yè)配置需要25年的研發(fā)時(shí)間，花費(fèi)大約為200億美元。

再說(shuō)回歐洲，歐盟稱希望在2015年之前讓12個(gè)示范性工廠運(yùn)作起來(lái)。比如2007年11月，英國(guó)政府就宣布了建設(shè)一個(gè)30萬(wàn)千瓦的發(fā)電站，并將在北部海域之下開(kāi)采完的油田里儲(chǔ)存CO2，出乎意料的是，人們對(duì)支持這個(gè)項(xiàng)目并沒(méi)有太多熱情。歐盟在今年1月的一個(gè)能源政策的陳述中，再次聲明其對(duì)CCS的熱情，但是卻警告說(shuō)存在“歐盟預(yù)算中沒(méi)有顯著投資的可能性”。

現(xiàn)在，就CCS技術(shù)而言，形象最為光鮮的地方之一要算澳大利亞。這個(gè)國(guó)家對(duì)煤炭的依賴很重，所以在昆士蘭的法爾維建了一座由政府支持的發(fā)電廠，這個(gè)電廠將燃燒未開(kāi)采煤層中的甲烷，然后再將燃燒產(chǎn)物CO2掩埋回去。2006年，來(lái)自澳大利亞的工程師完成了一個(gè)在波蘭南方西里西亞深煤層儲(chǔ)存CO2的試驗(yàn)項(xiàng)目。今年，在由澳大利亞政府發(fā)起的一個(gè)項(xiàng)目中，10萬(wàn)噸CO2將被注入到維多利亞海岸的一個(gè)鹽礦蓄水層中，這個(gè)過(guò)程將被嚴(yán)密監(jiān)控。歐盟也在德國(guó)投資了一個(gè)類似的項(xiàng)目。

另外一個(gè)很熱衷該項(xiàng)技術(shù)的國(guó)家就是中國(guó)。現(xiàn)在，天津郊外已經(jīng)在建設(shè)一個(gè)包含有碳捕捉工廠的高技術(shù)煤炭發(fā)電站。

假如所有這些項(xiàng)目都按計(jì)劃執(zhí)行，那么，這些項(xiàng)目就將成為一個(gè)宏大的全球工業(yè)基礎(chǔ)。屆時(shí)，大約1/3由人類制造的來(lái)自較大的、固定來(lái)源的CO2將可以被捕捉。殼牌能源公司對(duì)該技術(shù)也很有熱情，但卻預(yù)計(jì)CCS系統(tǒng)至少要等到2050年才能廣泛應(yīng)用。

掩埋的危險(xiǎn)

不管采取哪一種策略，任何一種值得做的CCS項(xiàng)目工程都是浩大的。煤會(huì)產(chǎn)生比其自身重3倍的CO2，這些CO2將被加壓、液化然后運(yùn)到可以掩埋到地下1公里或更深的地方，地下的壓力使CO2繼續(xù)保持液態(tài)。

那么，如何選擇這些掩埋點(diǎn)呢？從表面上看，最合適的地點(diǎn)應(yīng)該是那些采完了石油的空地，比如北海下的廢棄油氣田。那些巖石幾百萬(wàn)年來(lái)一直裝載著油氣，所以也應(yīng)該能夠承受CO2，這是順理成章的思路。

最近的研究顯示，天然的CO2已經(jīng)在北海米勒油田存放了1.2億年。油氣田可以存放1萬(wàn)億噸的CO2，這個(gè)數(shù)量相當(dāng)于我們50年的排放量。另外，還有一個(gè)可能掩埋的地點(diǎn)就是廢棄的煤礦層，在這種結(jié)構(gòu)中，CO2可以被表面為煤的巖層吸收。

那些深藏于地下的多孔巖石，比如沙石的表面覆蓋著一層頁(yè)巖或其他巖石的不滲透層，可以擋住CO2。這些巖石廣泛地分布在大陸和海洋之下。據(jù)估計(jì)，這些巖層能存放10萬(wàn)億噸CO2，或者說(shuō)可以存放全人類大約500年的碳排放量。

那么，這些掩埋地點(diǎn)是不是安全呢？CCS系統(tǒng)的反對(duì)者回憶起1986年的一場(chǎng)災(zāi)難。當(dāng)時(shí)，在喀麥隆的諾斯湖底突然噴射出100萬(wàn)噸CO2。由于CO2的密度比空氣大，這些氣體形成了一條毯子，導(dǎo)致1700人窒息。雖然這個(gè)事件完全是自然的，但卻給我們描繪了一幅可能的圖畫(huà)。

地質(zhì)學(xué)家并沒(méi)有排除地震以后CO2災(zāi)難性釋放的可能性。同時(shí)他們還注意到緩慢滲漏也是一個(gè)很重要的問(wèn)題。CO2需要安全儲(chǔ)存上千年，就算是一年泄漏0.01%(這是建議的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn))，那么，在1萬(wàn)年內(nèi)，大約有2/3的CO2被泄漏掉。至于誰(shuí)該對(duì)儲(chǔ)存碳擔(dān)負(fù)長(zhǎng)期責(zé)任的法律問(wèn)題至今也沒(méi)有解決，這個(gè)問(wèn)題有可能被證實(shí)為與核廢料的辯論一樣扯皮。不用說(shuō)，下一步設(shè)計(jì)碳捕捉工廠，評(píng)估泄漏威脅該是CCS的主要研究重點(diǎn)。

引人注目的一個(gè)項(xiàng)目是將CO2注入到美國(guó)得克薩斯灣岸的上弗里奧一個(gè)由沙巖組成的結(jié)構(gòu)中。這個(gè)地方原來(lái)也是裝載石油的油田，現(xiàn)在已經(jīng)灌滿了鹽水。發(fā)表在《地質(zhì)學(xué)》雜志、由美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局的尤斯福?卡拉卡所做的一個(gè)有關(guān)上弗里奧項(xiàng)目的早期研究報(bào)告曾指出，在這樣的結(jié)構(gòu)中儲(chǔ)存CO2可能有危險(xiǎn)。CO2被鹽水酸化，使之能溶解巖石中的金屬氧化物，于是，最終可能在蓋層中產(chǎn)生隧道，從而使得CO2逃逸。

但是，并不是所有的研究人員都擔(dān)心這一點(diǎn)。英國(guó)地質(zhì)調(diào)查局的尼克?瑞雷是上弗里奧項(xiàng)目的合作者，他認(rèn)為這種泄漏方式的危險(xiǎn)很輕微；他也同意有一定程度的酸化和少量CO2會(huì)在覆蓋層巖石中流失，但他堅(jiān)持認(rèn)為這種流失不會(huì)造成問(wèn)題。該項(xiàng)目的主要調(diào)研員，奧斯汀得州大學(xué)的蘇珊?何?？ㄒ餐膺@一點(diǎn)，她認(rèn)為，CO2會(huì)通過(guò)化學(xué)反應(yīng)逐漸被轉(zhuǎn)變?yōu)樘妓猁}的巖石，這樣碳就被無(wú)限期地鎖到了地下。

到目前為止，所有的實(shí)驗(yàn)都是小規(guī)模、短期的，大多數(shù)選址都是地質(zhì)學(xué)家評(píng)估的最佳地點(diǎn)。但在現(xiàn)實(shí)社會(huì)中，何?？ㄖ赋?，地質(zhì)學(xué)家在尋找掩埋地點(diǎn)的時(shí)候還有需要選擇靠近電廠的壓力，這樣，那些巖石的組成可能就沒(méi)有那么完美了。她也承認(rèn)至今還沒(méi)有什么辦法可以決定一種巖石結(jié)構(gòu)在泄漏之前可以吸收多少CO2。發(fā)表在《水研究進(jìn)展》雜志上的一項(xiàng)研究用數(shù)學(xué)模型顯示，氣體通過(guò)巖石的泄漏量是不可測(cè)驗(yàn)的。

不可能實(shí)現(xiàn)的零碳排放

由于所涉及到的CO2體積龐大，就算是從發(fā)電站將氣體運(yùn)輸?shù)窖诼顸c(diǎn)也不是那么簡(jiǎn)單的事情。據(jù)一項(xiàng)國(guó)際能源機(jī)構(gòu)的研究估計(jì)，歐盟需要用15萬(wàn)公里長(zhǎng)的管子來(lái)傳輸排放到北海的CO2。假如這個(gè)系統(tǒng)還要繼續(xù)，那么也需要與之配套的龐大工業(yè)體系。

所以，必要的資本投入將是浩大的，任何一個(gè)CCS系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用也是驚人的。美國(guó)政府估計(jì)，CCS系統(tǒng)將使得燃煤火力發(fā)電的成本提高75%。這筆龐大的開(kāi)支到底有多少，該由誰(shuí)來(lái)埋單？

還有，就算最好的CCS系統(tǒng)也不可能捕捉所有的CO2，用現(xiàn)有的辦法一般只能捕捉到85%的CO2。而實(shí)際應(yīng)用的數(shù)據(jù)還會(huì)有出入，因?yàn)?，CCS系統(tǒng)本身也要消耗10%～40%由化石燃料發(fā)電站所產(chǎn)生的能源。

另外需要考慮的因素是挖煤機(jī)械和運(yùn)輸煤炭到發(fā)電廠的卡車和火車等運(yùn)輸機(jī)械的耗能。所有這些，大概就要用掉1/4由這些煤炭發(fā)電站所產(chǎn)生的能源，而這一部分的碳排放在CCS系統(tǒng)運(yùn)作之前是不會(huì)自動(dòng)消失的。

把這些所有的算起來(lái)，我們得到了什么？根據(jù)斯圖加特德國(guó)航空中心的彼得?萬(wàn)巴恩所發(fā)表的一份最為詳盡的評(píng)估推算，最好的CCS設(shè)備最多可以降低燒煤發(fā)電站2/3的溫室氣體排放。與之相比較，絕大多數(shù)可再生能源技術(shù)終生的碳釋放量卻只有燃煤能源的1%～4%。

不管怎么說(shuō)，人類到目前為止還沒(méi)有打算過(guò)放棄燒煤，所以，CCS技術(shù)可能最終會(huì)在減少煤炭碳排放上起到重要的作用，進(jìn)而對(duì)全球氣候變暖危害的控制具有積極作用。不過(guò)，這類系統(tǒng)暫時(shí)還不大可能一夜之間變成現(xiàn)實(shí)。至于想把煤炭變成零排放的清潔能源，那恐怕僅僅是個(gè)夢(mèng)想而已。