碳捕获和存储技术研究进展

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翻新时间：2023-02-05

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碳捕获和存储技术研究进展

一、前言政府间气候变化专门委员会(IPCC)在第三次评估报告¨ 中指出，地球气候正经历一次以全球变暖为主要特征的显著变化。而这一气候变化的发生是与大气中温室气体的增加所产生的自然温室效应紧密联系的。

CO2是其中对气候变化影响最大的气体，它产生的增温效应占所有温室气体总增温效应的63％，且在大气中的留存期最长，可达到200年。一系列的研究表明全球气候变化对自然生态系统造成重大影响，进而威胁到人类社会的生存和发展。

为了应对气候变化可能带来的不利影响，20世纪80年代末以来，国际社会对气候变化问题给予了极大的关注和努力。1992年通过的《联合国气候变化框架公约》(以下简称公约)表达了国际社会应对气候变化挑战的行动意愿，是为解决气候变化问题建立的基本国际政治和法律框架。

1997年通过的《京都议定书》(以下简称议定书)规定了2008-2012年全球减少排放温室气体的具体目标，提出了发达国家减少温室气体排放的量化指标，该议定书已于2005年2月16日正式生效。为了尽可能减少以二氧化碳(CO

2)为主的温室气体排放，减缓全球气候变化趋势，人类正在通过持续不断的研究以及国家间合作，从技术、经济、政策、法律等层面探寻长期有效的解决途径。近年来兴起的二氧化碳捕获与封存(ccs)技术成为研究的热点和国际社会减少温室气体排放的重要策略。

二、碳捕获和存储的科学和方法学问题碳捕获和存储的种类很多，本文主要介绍地质碳捕获和存储(包括陆地地质结构和海底以下地质结构)及海洋碳捕获和存储。海洋碳捕获和存储主要有2种方式：一是将CO2通过固定管道或移动船舶注入或溶解到水柱中(通常在地下1 km)；二是通过固定管道或离岸平台将其存放于深于3 km的海底。

海洋碳捕获和存储及其生态影响仍处于研究阶段，因此，国际社会推动的只是地质碳捕获和存储，本文也不对海洋碳捕获和存储的技术及影响进行研究。另外，地质碳捕获和存储与陆地、海洋生态系统的固碳是不同的，陆地、海洋生态系统对CO2的吸收是一种自然碳捕获和存储过程。

陆地和海洋植物在其生长过程中，需要利用CO2合成有机物，它们能够在一定的浓度范围内吸收CO2。2.1 碳捕获和存储的概念地下是地球最大的碳接收器，世界上绝大部分的碳都贮藏在这里，如煤、油、煤气、有机页岩、石灰石和白云石。

作为地球外壳内一种自然过程，CO2的地质存储已进行了数亿年。生物行为、点火行为和岩石与流体间化学反应形成的CO2已被捕获，并在自然界的地下环境中以碳酸盐矿物形式、溶液形式、气体或超临界形式存储。

在工程上CO2被注入地下地质岩层，首先于20世纪70年代初在美国得克萨斯州被采用，其目的主要是作为EOR(提高石油采集率)的一部分。之后人为CO2的地质存储，也在70年代首先作为温室气体减排可选方案被提出，但随后的研究工作很少，直到20世纪90年代初，通过一些个人和研究小组的工作，这种概念才得到认可。

目前CO2地质存储方案已经从只被被大家广泛关注CO2减排方案。取得了一定的进展，示范性和商业性项目初步取得了成功，技术可信度的水平有了提高；第二，在认识上有了共识，人们已经普遍认可要促使CO2减排，需要采取多种途径；第三，地质存储能够使我们大大减少CO2向大气的排放。

但是，这种可能性要变成现实，其技术必须是安全的，在环保上要有持久性，其成本可以接受，并能够被广泛应用。2.2 碳捕获和存储的主要机理碳捕获和存储技术主要由3个环节构成：

(1) CO2的捕获，指将CO2从化石燃料燃烧产生的烟气中分离出来，并将其压缩至一定压力。

(2) CO2的运输，指将分离并压缩后的CO2通过管道或运输工具运至存储地。

(3) CO2的存储，指将运抵存储地的CO2注入到诸如地下盐水层、废弃油气田、煤矿等地质结构层或者深海海底或海洋水柱或海床以下的地质结构中。2.2.1 碳捕获对于大量分散型的CO2排放源是难于实现碳的收集，因此碳捕获的主要目标是像化石燃料电厂、钢铁厂、水泥厂、炼油厂、合成氨厂等CO2的集中排放源。

针对电厂排放的CO2的捕获分离系统主要有3类：燃烧后系统、富氧燃烧系统以及燃烧前