“清洁煤”发电的未来取决于碳捕获和储存(不确定)的成功

一份新的报告证实,煤炭在满足世界能源需求方面发挥着重要作用,但为了避免失控的气候变化,必须迅速推进碳封存技术

2003年,世界排放了250亿公吨二氧化碳(CO2),其中超过三分之一,即93亿公吨来自燃煤。根据麻省理工学院的一份新报告,这种肮脏的岩石提供了美国一半的电力,其作用(或国家对其的依赖)可能会增加。“它便宜,储量丰富,并且在需求量大的地方,即美国、中国和印度,储量丰富,”共同作者、麻省理工学院物理学家欧内斯特·莫尼兹说。“封存,”他补充说,“是在碳限制的世界中使用煤炭的关键使能技术。”

报告中设想的封存涉及从燃煤电厂捕获CO2,将其压缩成液体,并将其注入地下深处的老油田或盐水含水层中。据地质学家称,在那里,CO2将被密封的盖层岩石捕获,以防止其渗回地表并进入空气中。报告称,将其送到那里相对便宜。困难在于在不消耗过多能量或将电力成本推高的情况下,在发电厂捕获它。例如,一个500兆瓦的燃煤电厂(美国有相当于500个这样的电厂,中国每周都在建造相当于两个这样的电厂)每年产生300万吨CO2。为该电厂添加碳捕获技术会消耗其40%的发电能力,并使电力的零售价格至少增加2.7美分。

莫尼兹说:“如果你捕获大部分二氧化碳并将其封存在电厂的50年寿命中,那么你谈论的是10亿桶超临界二氧化碳。“这是一个相当大的储量。”


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迄今为止,最大的封存项目——北海的斯莱普纳气田——每年吸收100万吨CO2(自开始以来约1100万吨),并依靠声纳来检测任何重大泄漏。“到目前为止,一切都很好,”麻省理工学院能源与环境实验室首席研究工程师霍华德·赫佐格说。“斯莱普纳的问题在于它的仪器化程度不如我们所希望的。”

换句话说,它没有对于理解地下储存的液态二氧化碳的真实工作原理至关重要的那种到位监测系统。

 

它也不够大,无法帮助理解如果将更大数量的超临界二氧化碳泵入地下会发生什么。事实上,报告称,需要3600个与斯莱普纳规模相当的项目——这是正在进行的最大项目——才能将当前燃煤产生的二氧化碳排放量减少一半以下。但即使是小型项目也已经出现令人惊讶的情况,例如各种岩石的相对渗透性以及二氧化碳与盐水混合形成碳酸的能力,碳酸会侵蚀周围的岩石。而且,当然,没有人确切知道二氧化碳可以被封存多久。“二氧化碳的长期化学命运仍有待了解,”莫尼兹指出。“这就像抵押贷款。它使我们在21世纪摆脱了困境,将其分散到更长的时间里,而不会超出预算。”

美国公司已经计划了几个碳捕获和封存的示范项目。在联邦能源部授权的25个项目中,第一能源计划在其位于俄亥俄州的R. E. Burger发电厂安装一种新的碳捕获技术,然后与工程公司Battelle合作,测试将其泵入地下7000英尺的地方。但这些项目都没有达到足够大的规模,报告的作者认为,这是因为排放二氧化碳没有任何成本。“目前,将二氧化碳排放到大气中是免费的,”地质学家、劳伦斯利弗莫尔国家实验室碳管理项目负责人S. 朱利奥·弗里德曼说。

根据该报告,如果通过碳税或碳排放交易市场,排放二氧化碳的成本至少需要达到每公吨30美元,任何各种碳捕获和封存技术才能在经济上具有竞争力。莫尼兹说,按照这个价格,煤炭、天然气、核能和风能等可再生能源在成本上大致具有竞争力。“不会有一个万能的解决方案,”他补充说。“如果没有大大提高能源效率,我们就没有机会实现像将大气中二氧化碳的工业前水平翻倍或低于翻倍这样的目标,”许多科学家呼吁将此作为防止危险气候变化的目标。

最终,正是这种应对气候变化的努力推动了对封存的需求,麻省理工学院2006年对1200名美国人进行的民意调查显示,他们愿意每月平均支付21美元来解决这个全球性问题。难题在于,就煤炭而言,目前没有任何东西可以支付。没有展示出具有碳捕获和储存功能的“清洁煤”技术,也没有开展大规模的封存项目。目前还不清楚美国有多少存储能力以及具体在哪里。“可用于容纳二氧化碳的孔隙体积是一种新的自然资源,”弗里德曼谈到可能适合容纳液态二氧化碳的地下储量时说。“容量是多少?它看起来是什么样子?你能以多快的速度注入?”

简而言之,报告发现,煤炭仍将是发电之王,而地质封存是最大限度减少随之而来的二氧化碳污染的最佳解决方案。这将需要建设一个类似于国家高速公路系统的液态二氧化碳基础设施,并评估哪些燃煤技术与哪些碳捕获技术配合效果最佳。换句话说,这种碳捕获和封存的工作方式仍然像燃煤电厂产生的烟雾一样模糊不清,但如果世界计划继续燃烧这种化石阳光,那么它需要尽快变得清晰。“我们能在安全、几乎无风险的情况下将能力推到多远?”莫尼兹问道。“关于可行性,仍然存在科学共识。实施是另一个问题。”

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