什么是碳捕捉和储存(CCS)?

碳捕获和储存(CCS)是直接捕获燃煤电厂或其他工业过程中产生的二氧化碳(CO2)气体的过程。它的主要目标是防止二氧化碳进入地球大气层，进一步加剧过量温室气体的影响。捕获的二氧化碳被输送并储存在地下地质构造中。

CCS有三种类型:燃烧前捕获、燃烧后捕获和氧燃料燃烧。每一种工艺都采用了非常不同的方法来减少化石燃料燃烧产生的二氧化碳量。

从世界各地收集能源数据的国际能源署(International Energy Agency)估计，如果新的CCS技术计划继续推进，二氧化碳捕获能力有可能达到每年1.3亿吨二氧化碳。截至2021年，美国、欧洲、澳大利亚、中国、韩国、中东和新西兰计划新建30多个CCS设施。

CSS是如何工作的?

在电厂等点源实现碳捕获有三种途径。由于大约三分之一的人类产生的二氧化碳排放都来自这些工厂，因此需要大量的研究和开发来提高这些过程的效率。

每种类型的CCS系统使用不同的技术来实现减少大气中二氧化碳的目标，但都必须遵循三个基本步骤:碳捕获、运输和储存。

碳捕获

首先也是最广泛使用的碳捕集方式是燃烧后捕集。在这个过程中，燃料和空气在电厂中结合，加热锅炉中的水。产生的蒸汽使涡轮机转动，从而产生动力。当烟气离开锅炉时，二氧化碳就从烟气的其他成分中分离出来。这些成分中的一些已经成为燃烧空气的一部分，而另一些则是燃烧本身的产物。

目前，在燃烧后捕获过程中，从烟气中分离二氧化碳的主要方法有三种。在溶剂型的捕获时，二氧化碳被吸收到一种液体载体中，比如胺溶液。然后将吸收液体加热或减压，以便从液体中释放出二氧化碳。然后液体被重复使用，而二氧化碳被压缩并以液体形式冷却，这样它就可以被运输和储存。

使用固体吸附剂捕获二氧化碳涉及气体的物理或化学吸附。然后通过降低压力或提高温度将固体吸附剂从二氧化碳中分离出来。就像溶剂基捕获一样，在吸附剂基捕获中被隔离的二氧化碳被压缩。

在基于膜的CO2捕获技术中，烟气被冷却和压缩，然后通过由可渗透或半渗透材料制成的膜输送。在真空泵的拉动下，烟气流过将二氧化碳与烟气的其他成分物理隔离的膜。

燃烧前捕获二氧化碳捕获将一种碳基燃料与蒸汽和氧气(O2)发生反应，生成一种称为合成气(syngas)的气态燃料。然后用燃烧后捕获的方法将二氧化碳从合成气中除去。

从供给化石燃料燃烧的空气中去除氮是这个过程的第一步oxyfuel燃烧．剩下的几乎是纯氧，用来燃烧燃料。然后使用与燃烧后捕获相同的方法将二氧化碳从烟气中除去。

运输

二氧化碳被捕获并压缩成液体后，必须被运输到一个地点进行地下注入。这种永久储存或隔离到枯竭的油气田、煤层或盐碱地层中，对于安全、安全地锁住二氧化碳是必要的。运输通常通过管道进行，但对于较小的项目，可以使用卡车、火车和船舶。

存储

要成功储存二氧化碳，必须在特定的地质构造中进行。美国能源部正在研究五种类型的地层，看看它们是否安全、可持续和可承受的方式，将二氧化碳永久储存在地下。这些地层包括不能开采的煤层、石油和天然气储层、玄武岩地层、盐碱地层和富有机质页岩。二氧化碳必须被制成一种超临界流体，这意味着它必须被加热和加压到特定的规格，以便储存。这种超临界状态使它比在常温常压下储存所占的空间小得多。然后，二氧化碳被一根深管注入，并被困在岩层中。

目前有几个商业规模的二氧化碳储存设施世界各地。挪威Sleipner CO2储存站和Weyburn-Midale CO2项目多年来已经成功地注入了超过100万吨的CO2。欧洲、中国和澳大利亚也在积极开展储存工作。

CCS的例子

第一个商用二氧化碳储存项目于1996年在挪威近海的北海建成。Sleipner CO2气体处理和捕获装置将Sleipner West油田生产的天然气中的CO2去除，然后将其注入600英尺厚的砂岩地层中。自该项目开始以来，已向Utsira地层注入了超过1500万吨的二氧化碳，最终可能能够容纳6000亿吨二氧化碳。该油田最近注入二氧化碳的成本约为每吨二氧化碳17美元。

在加拿大，科学家们估计，位于萨斯喀彻温省的Weyburn-Midale二氧化碳监测和储存项目将能够在两个油田储存超过4000万吨的二氧化碳。每年大约有280万吨二氧化碳被添加到这两个水库中。最新的CO2注入成本是每吨CO2 20美元。