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全球碳捕集利用与封存现状与环境影响

马湘山 全球碳捕集与封存研究院

时间:2018-09-30 16:27     作者:admin      点击:

2018年7月环保部举办的“全国二氧化碳捕集、利用与封存环境风险评估技术培训班(2期)”上,来自全球碳捕集与封存研究院的马湘山研究员讲解“全球碳捕集利用与封存现状与环境影响”。

全球碳捕集与封存研究院是澳大利亚的研究院,旨在全球推广CCUS。研究院在华盛顿特区、布鲁塞尔、伦敦、北京和东京设立了办公室,通过一个网络平台吸纳会员进入研究院,认同CCS技术,在全球推动CCUS。参与的政府包括美国、澳大利亚、英国、加拿大、日本、墨西哥,还有很多企业如壳牌、BP、中石化等,高校及科研院所和非政府组织。

第一部分:全球碳捕集利用与封存现状


2017年各地区/国家共有37个项目,一年捕集量达到40万吨,按照不同的阶段,属于建设阶段和运营阶段,一共有21个项目,北美比较多,有16个。

未来12个月,即今年和明年,由2010年7个项目增长到现在17个项目。CCUS项目投入比较大,商业推动比较困难。全球范围内,每年仍然有比较大的增长。

据估算,发达国家的二氧化碳注入量,现在共达2.2亿吨,通过CCUS实现减排的力度比较大,美国遥遥领先,其他国家难以超越,其次是加拿大、挪威。图中蓝色是汽油,图表显示可以实现商业应用,是一种和二氧化碳结合比较好的方式。像其他橘黄色代表的地质封存,则可能动力不大。把二氧化碳封存在地下,没有收益,有点像为了人类实现战胜气候变化做贡献,其道德层面更高,所以目前商业应用前景比较好。尤其是美国,对汽油补贴税收减免更大,主要还是汽油。

CCS部署稳步前进。灰色图对应右轴,从20世纪70年代到2018年呈井喷式的增长,右边是实际的注入量2.2亿吨。橘黄色是二氧化碳捕集能力,达到了3700万吨,无论注入量或实际达到的量,增长幅度均较大,该工作在全球范围内得到认可,各个国家推进力度也较大。

2020年各国实际和预期应用的CCS项目中,CCS项目需要达到国外标准的100万吨的规模才能抵消成本,中国CCS项目中胜利油田封存量较大近40万吨,美国、加拿大的项目规模较大,达到了100万吨。发达国家对CCS的推动力较大。

2020年各行业实际和预期应用的CCS项目,发电、煤转换、化工、钢铁、天然气加工、化肥、炼油等不同行业,其规模也是100万吨。天然气和天然气捕集成本相对较低,因此投入较多;发电相对比较少,大多数项目集中在这一行业。几个大项目均为关于天然气加工的项目。

17座大规模CCS项目正在运行。蓝色星星代表正在建设的,黄色代表已经建成投产的。整个地图显示,全球CCS在稳步推进,美国量级比较大,中国仍属于起步阶段,自2006年开始至今十几年期间,但是量还是没有上去,希望更多的企业能够投入CCS事业。

图片展示的是全球CCS里程碑式的项目,加拿大的边界大坝,美国、挪威、巴西的CCS项目都是非常成功的案例,运行多年没有出现风险问题、安全问题和环境问题。

全球正在运行和建设的CCS项目中,大规模的在40万吨以上,普通规模40万吨以下,中国的项目均为小规模项目。图中黄色代表工业,红色是电力行业,工业用的比较多,电厂相对比较少。

全球大规模CCS项目分布。

北美的项目,有几个大的做的比较好,分工业行业和发电行业,发电行业相对少,其他都是工业行业做的比较多。

欧洲的项目于1996年开始运行,将近20多年的运营,捕集了上千万吨的二氧化碳。

中国的胜利油田、陕西油田CCUS项目,是最近几年被国际认可的一些项目,知名度比较高。

以下为示范试点项目,介绍几个有代表性的,如挪威的蒙斯塔德技术中心,还有加拿大的SHAND测试项目,都是通过胺基的碳捕集燃烧后获得二氧化碳,美国的深部盐水层等。

CCS最关心的是成本和环境问题。先说成本,做一个示范试点,国家投入一部分钱,2005年是100美元/吨,12年降到60美元/吨,估计到2020年可以达到40美元/吨。

关于政策,通过公开的渠道,把不同的国家所收集到的法律法规和支持政策做了一个指数,分不同的颜色,紫色、绿色、红色、蓝色,紫色较高的相对比较少,绿色属于支持力度比高的,挪威、英国、中国还是属于第一方阵,政策方面做的比较多,不管是资金方面还是政策方面,投入很多。

天然气加工行业是20~27美元,化肥也是比较低的,电厂再往后更高了,水泥厂捕集成本没有太多可行性,104~194美元。更多的未来在这方面,这个行业大家可以关注一下,因为成本相对低一些。

关于封存,也是研究院做的关于全球封存的容量的问题。中国还是比较多的,大概是1500,英国、欧盟都很少,美国地大物博2300,加拿大才190,跟我们不是一个量级。适合封存的不是很多,并不是所有地下都可以安全封存,还是有条件的,需要综合评估。中国很多地方都适合做封存,所以潜力比较大。

美国电力行业,发电厂都是燃烧后捕集的。

工业行业,有挪威的北海Sleipner 捕集项目,还有巴西的Petrobras 桑托斯盆地下油田CCS项目。

另外美国的伊利诺伊州的乙醇生产项目,也是100万吨,做地质封存,属于大规模的CCS项目。NET电力清洁大规模项目,在美国德克萨斯州,利用了最好、最新的技术。

美国怀俄明州的天然气加工项目。

阿联酋阿布达比的钢铁工业,油田需要大量的二氧化碳。在沙特东部天然气加工项目,也是做驱油的。

中国陕西是我国第一个做封存的,另外正在运行的上海石洞口发电厂,也是很成功的案例。

日本做了一个氢气生产行业的CCS示范项目,还有一个燃烧后捕集项目。

具体内容见全球碳捕集与封存研究院2017年的报告。

第二部分:CCUS与环境影响。

CCUS对环境有没有影响?说几个比较严重的事故,可能是安全事故。比如尼奥斯湖喀麦隆的火山活动引起的,二氧化碳浓度量太高,一千多人和三千多家畜出现窒息事故。

另外一个事故是匈牙利的,更换防喷器时破坏了密封的口,导致二氧化碳溢出,60多个小时才得到控制,但是没有人员伤亡,周围的村民均被疏散。

德国的两个事故,一个发生在沃尔姆斯,一艘装了业态二氧化碳的船,因为压力过大,造成安全壳损坏,导致二氧化碳业态膨胀蒸汽爆炸;还有德国的二氧化碳从灭火系统中泄露,导致107人被熏倒,19人被送到医院。

关于CCUS环境影响,从CCUS研究到最后运行,从捕集、压缩、运输到地质封存,列举一下跟我们相关的影响。比如捕集技术不同造成的影响,对人口的影响,还有空气和饮用水中亚硝胺和硝胺的限量带来的影响,大气的形成、破坏和扩散影响,还有介质中的亚硝胺和硝胺的影响等。收集和压缩方面,有操作压力带来的影响,还有二氧化碳收集网络和杂质必须要处理。运输环节,其超临界的状态带的微妙状态会有一个反应。另外还有管道腐蚀,注入地下之后的地质方面的影响。

烟道气进入捕集以后,出来二氧化碳和清洁的烟道气,还有氨废液也可以再利用。主要的是致癌的亚硝胺和硝胺需要降解,这个可以进行监测,是可控的。

封存有两个影响,一个是当地的影响,还有一个全球的影响,是生物和物理的影响。注入前必须做好充分的研究,比如建设阶段,有没有干扰因素,能不能诱发地震,还有压力漏洞,操作监测这些干扰,国外研究这些干扰因素必须整理情况。注入后,关闭的时候也是容易产生的。关于意外泄露,地下水化学生态系统影响的变化,包括陆地和海洋,还有土壤酸化的问题。还是要靠技术靠科学把这个做好。

环境影响,从风险评估到评估与改善有一整套技术,不需要太担心。

不只是CCUS,任何一个跟人相关的都存在一个问题,我们设定了很多保护层,关卡,规范,把问题截断,安全问题可以杜绝的。CCUS风险肯定有,但是可控的。

谢谢大家。