碳捕集利用与封存简称CCUS,是把生产过程中排放的二氧化碳进行捕获提纯,继而投入到新的生产过程中进行循环再利用或封存的一种技术。其中,碳捕集是指将大型发电厂、钢铁厂、水泥厂等排放源产生的二氧化碳收集起来,并用各种方法储存,以避免其排放到大气中。
该技术具备实现大规模温室气体减排和化石能源低碳利用的协同作用,是未来全球应对气候变化的重要技术选择之一。
碳捕捉如何实现?
彭勃介绍,碳捕集更加全面的称呼是,“碳捕集利用与封存”,英文为CCUS。这是一种全链条形式的碳捕集形式。
碳捕集可以被看作是一个单元,这个单元将工业中排放的二氧化碳用特殊装置捕获下来。碳捕集的方法有很多种,现在应用较广的,是基于氨的吸收法。氨水呈弱碱性,因此可以与二氧化碳结合。然后再通过加热,就能够让纯净的二氧化碳释放出来。而这些纯净的二氧化碳又可以被重新利用。
除此之外,吸附法也是一种常用的碳捕集方法。李睿介绍,与吸收法使用溶液作为吸附载体不同,吸附法使用的是固体吸收剂,例如多汞材料、活性炭、沸石等。这些材料表面积很大,经过设计后对气体的选择性很高,很容易吸收二氧化碳。例如,将二氧化碳跟氮气或者空气混合在一起时,材料可以吸收一百份的二氧化碳,而只吸收一份的氮气或甲烷,碳吸附效率很高。
至于捕集源,既可以直接回收工业生产排放的二氧化碳,比如在工业排放源建立吸收塔,使用吸收或吸附法捕集,也可以直接捕集大气中的二氧化碳。但是李睿介绍,这些吸收吸附法以及其他各种碳捕集的方法都存在一个大难点,就是实际可以捕集到的二氧化碳浓度其实很低。
例如钢厂、火电厂,它们虽然是二氧化碳排放大户,但实际上可吸收的二氧化碳浓度一般都不会超过20%,甚至只有百分之几。因此,可想而知,直接从空气中捕获更是难上加难。
所以,发展先进的捕集技术十分得重要。为此,马斯克还曾奖励一亿美金悬赏先进的大规模碳捕捉技术。
既然人工碳捕获的效率很低,那自然的捕获方式又如何呢?植树也可以捕集碳,而且是一种环境友好且成本低廉的方法。然而,它的缺点是速度太慢。每人每年要种植两百多棵树才能完全抵消自己的碳排放,平均下来一两天就要植一棵树。
因此,想要在短时间内解决“碳捕集”问题,或者说达到《巴黎协定》设定的目标,依然要大力投入碳捕集技术的研发。
工厂排放二氧化碳浓度很低,是碳捕集一大难点。
二氧化碳可以做什么?
那么,捕集的二氧化碳可以做什么呢?彭勃介绍,工业上往往会将捕获后的二氧化碳压缩封存,再将它放置到一个圈闭结构的地底空间中,而利用这一方法可以实现采油。
因为石油藏本身藏在圈闭的地下空间内,如果将二氧化碳打进去,里面的石油就会被二氧化碳挤压出来。通过这种方法采到的石油具有更小的黏度和密度 。同时,二氧化碳也会滞留在地底,有几率与地下矿物发生反应而被固化,这样就既可以实现高效采油,又同时处理了工业产生的二氧化碳排放。这是目前用得最多的方向。
但是因为二氧化碳在地底的自然固化速度很慢,因此有时人工合成的方法可以更快地处理掉二氧化碳。例如直接通过二氧化碳合成用于建筑材料的人工大理石。
同时,李睿介绍,二氧化碳还可以被制成可降解塑料,例如我们生活中太阳镜、一次性餐具、背包、钱包等等。而且这种塑料非常好,但是存在一个问题,即利用现在的技术条件,将二氧化碳转化成塑料商品的成本还比较高,无法投入大规模的生产。
此外,还可以用二氧化碳做甲烷、做乙醇。这些技术近几年来从无到有,发展迅速,转化率从一开始的百分之十几到了现在的几十。而其他新技术也在不断涌现,正可谓吃一个,夹一个再看一个,新老技术不停更新换代。