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编者注：这是关于碳捕获和储存的五篇系列文章中的第五篇，从2009年4月6日至4月10日每日发布。
人类活动导致每年排放约300亿公吨导致气候变化的二氧化碳(CO2)。大约一半的温室气体被世界海洋和植物等自然过程吸收，但其余的则在大气中徘徊一个世纪或更长时间，使年CO2浓度上升约百万分之二（ppm）。
这些大气浓度已从18世纪化石燃料广泛燃烧之前的约280 ppm攀升至今天的386 ppm，并且还在持续上升。根据自然资源保护委员会（NRDC）的数据，自21世纪初以来建造或计划建造的燃煤电厂将排放比工业时代初期以来所有人燃烧煤炭排放的二氧化碳更多的二氧化碳：未来25年内排放6600亿公吨，而1751年至2000年间排放5240亿公吨。
“未来25年的投资将比以往人类所有煤炭使用产生的排放量多26％，”旧金山NRDC的机械工程师和科学家George Peridas说。“这是一个巨大的遗留问题，我们不能让这种情况发生。”
像NRDC、环境保护基金（EDF）、关注科学家联盟和清洁空气工作组（CATF）这样的环保组织正在推动立法者实施诸如碳排放交易计划等政策，以限制CO2排放，从而导致碳捕获和储存（CCS）技术的广泛采用。
“环保主义者谈论煤炭并非因为我们喜欢煤炭，”EDF的商业关系主管Mark Brownstein说。“而是因为我们必须处理煤炭问题，才能在我们需要的时间框架内实现我们所需的CO2减排目标。”
大多数环保组织都认为，到本世纪中期，全球温室气体排放量必须比1990年的水平至少减少80％，这也是奥巴马政府的共同目标。但是，他们对于如何实现这一目标存在分歧。例如，塞拉俱乐部和绿色和平组织反对CCS技术，他们更倾向于推动更多来自风能和太阳能等可再生资源的电力。
但是，CCS的支持者认为该技术对于快速减少排放至关重要。“如果我们不解决煤炭问题，气候变化就game over了，”CATF煤炭转型项目主任John Thompson说。例如，NRDC支持为前三个吉瓦的配备完整CCS的燃煤电厂埋藏的每公吨CO2支付90美元。
这是因为CCS成本高昂。如今，有三种技术可以在发电厂捕获CO2。一种，如德国的施瓦茨蓬佩，涉及富氧燃烧过程：在纯氧中燃烧煤炭以产生富含CO2的排放流。第二种方法使用各种形式的化学物质——以胺或氨洗涤器、特殊膜或离子液体的形式——从更混合的废气中提取CO2。第三种是气化，其中液态或固态燃料首先转化为合成天然气，最常见的是整体煤气化联合循环（IGCC）技术；可以从气体转化过程中分离出CO2。
所有这些技术的主要问题是成本。简而言之，捕获CO2需要金钱和能源，成本从阿尔及利亚In Salah等天然气项目每公吨5美元的低价到某些气化技术每公吨90美元以上不等。“CCS的大部分成本在于第一个'C'：捕获，”麻省理工学院（M.I.T.）的研究工程师Howard Herzog说。
美国能源部（DoE）在2007年5月估计，新建一座燃烧粉煤并配备胺洗涤器以捕获90％CO2的电厂，发电成本将超过每兆瓦时114美元（而没有CO2捕获的成本仅为每兆瓦时63美元）。一个类似的整体煤气化联合循环（IGCC）电厂（将煤炭转化为气体后再燃烧）捕获相同数量的CO2，发电成本约为每兆瓦时103美元。因此，对于消费者而言，碳捕获的额外成本将约为每千瓦时0.04美元。
能源部希望降低这个价格。“就总成本而言，他们希望将CO2的价格控制在每公吨10美元，”新墨西哥州洛斯阿拉莫斯国家实验室的CO2封存项目负责人Rajesh Pawar说。“我们目前的价格更接近每吨50美元。”
世界各地的政府和公用事业公司正在开始制定计划，以建造更多此类昂贵的发电厂。根据Vattenfall的CCS发言人Staffan Gortz的说法，Vattenfall将扩大施瓦茨蓬佩行动，并到2015年改造德国扬斯瓦尔德和丹麦北日德兰等发电厂的几个商用锅炉以用于CCS。挪威国家石油公司Statoil Hydro正在其蒙斯塔德炼油厂建立一个CCS研究基地，法国道达尔公司在其拉克天然气发电厂改造了富氧燃烧技术。澳大利亚和中国都在建设将使用IGCC技术的零排放燃煤发电厂，分别称为零点能源和绿色能源。
“（中国）每月增加约一台（煤）气化炉，并且这种情况已经持续了四年，”CATF的Kurt Waltzer说。“由于所有这些气化炉都在生产化学品、燃料和肥料，它们都在进行碳捕获。我怀疑中国正在进行的CO2捕获比其他任何人都多。但是所有这些都被排放了。”
奥巴马政府甚至可能会重启未来发电项目——一座275兆瓦的IGCC发电厂，可以捕获其温室气体排放量的90％；布什政府由于成本不断上升而取消了该项目（可能被误算了）。能源部还为配备CCS的燃煤电厂提供了至少80亿美元的贷款担保。
因此，商业CCS项目也在美国涌现。杜克能源公司正在斥资23.5亿美元在印第安纳州爱德华兹波特建设一座630兆瓦的IGCC发电厂，该电厂可能会成为美国第一个商业CCS项目——尽管它将被设计为仅捕获其在2013年产生的约18％的CO2。“我们的目标是使其成为在运行的发电厂中首次展示CCS之一，”杜克发言人Angeline Protogere说。“煤炭为美国大约一半的电力提供动力，我们必须找到清洁燃烧它的方法。”
当然，这样的示范工厂将无法解决一些其他谴责煤炭使用的问题，例如获取煤层所需的山顶爆破采矿或燃烧后剩下的有毒煤灰。并且，为了使燃煤电厂对气候友好，需要捕获所有（或几乎所有）温室气体。但是IGCC能够去除90％或更多的CO2。“我们的要求是查看18％的捕获和封存，”Protogere说。“这并不排除以后要求更高水平的可能性。”
杜克并非孤身一人。美国电力公司将在今年晚些时候开始捕获其西弗吉尼亚州1300兆瓦的登山者发电厂排放的850万公吨CO2中的略超过3％，并将CO2注入地下近两英里（3.2公里）深处。Erora集团计划在肯塔基州亨德森县建造一座名为Cash Creek的630兆瓦IGCC发电厂，配备CCS。Summit Power公司已提议在西德克萨斯州建造一座170兆瓦的IGCC发电厂，该电厂将捕获其80％的CO2排放量。英国石油公司和南方公司也有项目。
但是，以前的工厂，例如纽约和特拉华州的公用事业公司NRG提出的两个工厂，已经半途而废。摩根大通环境市场主管Caroline Angoorly指出，它们因技术成本高昂以及缺乏联邦政策（碳排放交易计划，碳税或其他一些有效设定CO2污染价格的机制）使其在经济上不可行，她曾领导NRG的这些项目的开发。
尽管如此，总部位于俄克拉荷马州的Tenaska公司正在计划建设两家工厂。伊利诺伊州泰勒维尔的一家耗资35亿美元的工厂将对当地高硫煤进行气化，然后捕获至少50％的CO2。另一家计划在得克萨斯州斯威特沃特的耗资35亿美元的工厂将燃烧粉煤以产生600兆瓦的电力，同时使用胺或氨洗涤器或可能使用先进的膜将CO2与其他烟道气分离，捕获其燃烧后的575万公吨排放物。
如果可以在商业上证明燃烧后捕获技术可行，“那么现有燃煤发电厂的市场将非常庞大。粉煤发电厂的国内排放量至少有20亿吨，”Tenaska环境事务副总裁Greg Kunkel说。“除非以某种方式处理这些工厂，否则你无法解决更大的气候变化问题。”
CCS也可以同样很好地应用于其他CO2密集型行业：水泥生产、炼钢和炼铝等。它们甚至可以与植物物质的燃烧相结合，以创造一种“碳负排放”燃料，这种燃料燃烧时从空气中去除的CO2多于其排放的CO2。
“碳捕获与封存（CCS）也与印度尼西亚和马来西亚那些拥有高达 50% 二氧化碳含量的超大型天然气田有关。这就像 Sleipner 项目一样，但浓度更高，因为每公吨二氧化碳 20 美元的成本问题，这些二氧化碳将会排放到大气中，”太平洋西北国家实验室的高级研究科学家工程师 James Dooley 说。“[煤炭]是最大的市场，但在短期内和发展中国家，碳捕获与封存可以减少其他行业的排放，这具有益处。”
但这需要时间：麻省理工学院的研究工程师 Howard Herzog 估计，美国第一个新的碳捕获与封存燃煤电厂在 2015 年之前不会建成。“到 2020 年，我们可能会有少数几个，甚至接近 10 个，”他说。“如果你的目标是到 2050 年减排 80% [二氧化碳排放量]，那么这还远远不够。”
而且这还需要资金——根据国际能源署的估计，未来十年至少需要 200 亿美元。即使是行业组织美国清洁煤电力联盟也估计，到 2025 年实现碳捕获与封存的可用性将耗资 170 亿美元。
劳伦斯利弗莫尔国家实验室碳管理项目负责人 Julio Friedmann 说：“我们必须这样做，就像增加风能、太阳能、核能和节约能源一样。”“这是一个气候的迫切需求，所以让我们开始行动吧。”
毕竟，“每拖延五年，就需要额外减排 10 亿吨，”英国石油公司替代能源部门的碳捕获与封存技术与工程经理 Gardiner Hill 说。“除非我们现在开始行动，否则我们无法获得碳捕获与封存的优势以及我们需要的减排量。”