2019-10-08 21:15:01
这是您需要了解的有关碳捕集与封存的知识

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为什么有这么多关于地下存储二氧化碳的讨论?它的成本不菲吗?在这里,我们提供研究科学家的答案和解释,说明CCS为什么是我们完全依赖的气候技术。 (是的,这是绝对安全的。)

CCS到底是什么?

CCS是碳捕获和储存的缩写。此处所说的碳是温室气体二氧化碳(CO2),例如,当我们燃烧石油,煤炭或天然气,以及生产水泥和其他工业产品时,会排放该二氧化碳。

因此,CCS是一种可以捕获和运输此CO2并将其安全地存储在地下的技术。因此,许多人开始将CCS称为碳回收,因为计划是将CO2返回到地下,例如在可以密封的旧的稳定油库中。

为什么所谓的CCS(捕获和地下存储CO2)如此重要?

原因是,如果要在实践中实现两度目标,那么未来的所有严峻形势都取决于我们能否应对这一挑战。换句话说,我们别无选择!原因是未来几年我们将依赖石油和天然气。关闭世界的石油供应是一个更加不现实的解决方案。

国际能源机构(IEA)和联合国气候小组明确指出,气候变化与我们的CO2排放有关“极有可能”。因此,到2050年,世界每年必须减少5吉吨的二氧化碳排放量。这相当于约一万家工厂和发电厂的二氧化碳排放总量。 CCS可以帮助完全消除这些排放的14-17%。 (基于2015年的数据。)

没有这种方法,就不可能实现所谓的两度目标,越来越多的科学家认为应该将其调整为1.5度。为了安全起见(即瞄准1.5度),我们实际上应该在实现二氧化碳捕集和封存的同时,进一步减少排放。

总结:增加核能和可再生能源的利用以及涉及运输行业电气化的变革等举措是不够的。没有CCS,我们将无法管理。因此,世界必须经历前所未有的规模变化,这是紧迫的。

为什么会这样呢?

首先:世界气候研究人员一致认为,二氧化碳是一种温室气体,会抑制热辐射并因此导致地球温度升高。当大气中的CO2量增加时,大气的隔热效果也会增强-换句话说,CO2有助于温室效应。由于树木和植物通过光合作用吸收了CO2,因此二氧化碳本身的自然排放量由行星本身来处理,从而导致所谓的“碳循环”。但是,自工业革命以来,我们对能源的需求增加了,并且通过使用煤炭,石油和天然气满足了这一需求,而煤炭,石油和天然气作为天然的地下碳库,在没有人为干预的情况下将保持不变。通过燃烧煤炭和天然气,并通过建立也排放二氧化碳的产业,我们释放的二氧化碳比自然界单独吸收的二氧化碳要多,例如通过光合作用的过程。

所有可用的数字和科学测量结果表明,自1890年以来,温室气体排放量一直在稳定增长,并且到现在为止的排放量已使地球表面的平均温度总共上升了1度。

我们已经看到了对自然和基础设施的影响。随着极地冰融化,温度的进一步升高将导致海平面上升,甚至导致更加极端的天气,以及酸性更高的海水,进而导致珊瑚和藻类等生物死亡。目前构成动物和人类食物的物种将消失。温度升高和干旱将大大降低谷物,水果和蔬菜的产量。这将导致难民人数增加。

从技术上讲可以捕获二氧化碳吗?

是。自1980年代以来,挪威研究科学家一直在为此进行研究。在那些日子里(自1970年代以来)已经将CO2注入美国油田以增加石油产量。如今,二氧化碳捕集中几乎使用了相同的技术。自1996年CCS开始实施以来,已在Sleipner油田安全储存了超过2300万吨的二氧化碳,自2008年以来我们一直在Snøhvit油田储存二氧化碳。储存在砂岩地层充满盐水的孔隙中(所谓的盐水层)。此类CO2堆积物被天然地质盖层(如页岩或粘土)封闭。

挪威还在蒙斯塔德拥有世界上最大的二氧化碳捕集技术测试设施。在这里,各种规模的技术提供商都可以展示其创新概念,以改善CO2捕集技术,并在严格控制的条件下以工业规模对其进行测试。

这个很贵吗?

所有技术都要花钱,但是气候变化将给我们带来的成本将更高。

SINTEF的估算显示,从燃煤电厂大规模捕集,运输和储存CO2的成本(即每年数百万吨)约为每吨93美元(830挪威克朗)。 (请参阅关键事实框)。该费用因国家,来源,运输距离和处置地点的类型而异。从水泥厂,钢铁厂捕获二氧化碳和焚化废物的成本要比从发电厂捕获二氧化碳便宜。

但是,CCS一直在变得越来越便宜:与最初昂贵的其他技术一样,CO2捕集也变得更加高效,因此更加便宜。研究科学家预计,随着该技术的实施,价格将进一步下跌。该技术的传播也被视为代表了工业发展的主要潜力。

CCS在实践中如何工作?

本质上,CCS有两类:

首先是捕获和储存发电和其他行业(例如水泥,钢铁和废物行业以及天然气和煤炭发电)中发现的二氧化碳。这些是二氧化碳排放量高的来源。

SINTEF位于挪威特隆赫姆的二氧化碳捕集研究设施。该工厂将使清洁天然气和燃煤发电厂以及过程工业中的温室气体CO2的废气更加便宜。该实验室用于研究从废气中化学净化CO2的方法,该方法将在世界上第一批大规模捕集CO2的工厂中使用。照片:Thor Nielsen。

这可以通过各种化学过程完成。

这种吸收技术(其中包括胺技术)使用的化学物质在进入烟囱之前会与工业烟气中包含的CO2结合。这意味着钢铁行业,化肥生产商和水泥厂等行业可以将其二氧化碳排放量减少到零。

这是极其重要的,因为这些行业生产世界所需的商品,同时也准备将二氧化碳作为其未来活动的副产品。 CCS是唯一可以为这些行业实现零排放的解决方案。

为了捕获二氧化碳,第一步是使用化学物质与二氧化碳结合。然后,必须将CO2与化学物质分离,以获得纯净的CO2。为此,将混合物加热以释放CO2。该过程产生两种产品:易于处理的纯二氧化碳和可重复使用的化学药品。

从化学物质中分离出二氧化碳的过程非常昂贵,因为它需要大量的能源。因此,这种二氧化碳净化在产生废热的工业过程中最有利可图,因为来自这种多余热量的能量可以用于净化过程。挪威研究人员和Aker Solutions在Solvit项目中为此开发了一个移动测试设备。

移动测试设施已经验证了从燃气和燃煤发电站,精炼厂,废物焚烧设施和水泥厂捕获的污染物。研究人员在德国,苏格兰,美国和挪威的六家中试工厂进行了测试,并评估了90种不同的化学混合物,以找到最佳混合物。

当从天然气中产生氢气时,也可以使用化学纯化方法。使用这种方法,氢变得完全无排放。

第二种方法称为BIO-CCS。实际上,这意味着从大气中提取二氧化碳。

原理是从最初被认为是气候中性的来源(例如生物废物,木屑或肥料)中捕获和储存CO2。捕获的是地球自然循环中发现的二氧化碳,而不是来自煤炭,石油和天然气等碳源的二氧化碳。这样,我们减少了大气中已经存在的温室气体的量,因为它来自自然的生物二氧化碳循环。

BIO-CCS也可以通过从生物来源通过生产生物碳(木炭)捕获和储存CO2来完成。只要煤不燃烧并保留在土壤中,生物碳便是一种良好的土壤改良剂,并与二氧化碳结合。生产生物碳的方法称为热解法,它非常简单,例如可以在您自己的花园中用花园垃圾进行处理。但是,需要热解炉。

在烤箱中,将生物质加热到500至700度,同时在不超过20分钟的时间内提供最少的空气。生物碳的碳含量是其他有机物质的两倍。这种方法很聪明,因为我们只需要土壤或耕地来存储CO2,这使得CO2的运输和存储不像工业上那样复杂。当然,该方法在园艺或农业中大规模使用时最有效。

根据挪威生物经济研究所(NIBIO)的数据,如果4,000个挪威农场生产并将生物碳混合到土壤中,则挪威农业部门的排放量可减少一半。 NIBIO是CAPTURE +项目的合作伙伴,也是挪威研究生物碳时间最长的国家。

我们如何知道在管道中运输二氧化碳是安全的?

如今,二氧化碳是通过管道运输的,管道延伸到北美数千公里的土地。在挪威,从Snøhvit油田到Hammerfest的Melkøya的海底有150公里的二氧化碳管道。

因此,如果所有管道都是专门为二氧化碳运输而设计的,则运输二氧化碳是完全安全的。为了找出需要的东西,SINTEF开发了一种先进的仿真模型,可以预测是否可以将对CO2输送管的裂缝或其他损坏发展为连续的裂缝。该工具显示了管道本身如何能够防止裂纹扩展,而无需使管道壁变得不必要的厚或不需要其他昂贵的降低风险的措施。

试图通过增加壁厚来扩大管道尺寸以控制裂缝是一项昂贵的策略。对于50英里长,直径为36英寸的管道,将壁厚增加三毫米,将在当今钢价的总成本中增加2.5亿挪威克朗(22.25英镑)。

挪威石油工业在与天然气管道运输有关的管道设计和安全评估方面拥有数十年的经验。但是二氧化碳与天然气的性质不同。与天然气不同,CO2随着压力降低而加热。如果二氧化碳管道中有孔,则释放的能量最多是天然气管道中泄漏的十倍。

最近,SINTEF使用模拟模型为北极光项目准备了投影。该项目由Equinor与壳牌和道达尔作为合作伙伴进行管理,涵盖了挪威大规模二氧化碳示范项目的运输和存储部分。

我们如何知道地下二氧化碳的存储是安全的?

迄今为止,所有研究和经验表明,如果选择了适当的存储区域,则可以安全地完成二氧化碳的存储。

一个很好的例子是Equinor在Sleipner的试点项目,自1996年以来,每年将100万吨的CO2注入到海床下将近1000米的较稠密粘土层下的多孔砂岩中。有效,存储:

正在进行的研究的一个例子是SINTEF协调的Pre-ACT项目,该项目由欧盟,挪威研究委员会,Equinor,壳牌和道达尔等机构资助。

在该项目中,研究人员可以访问来自重要的二氧化碳封存示范工厂的监测数据。数据将用于校准和证明所开发方法的价值以及制定“协议”或建议。

这些建议被开发为基于有关储层中孔隙压力信息进行操作决策的工具。这将帮助操作员以经济有效的方式最大化安全性和存储容量。该系统还将用于监测储层。

Pre-ACT使用大型现场实验室进行CO2储存:Svelvik CO2现场实验室。该油田位于挪威Drammen附近的一个沙坑中,由SINTEF管理。该实验室由一口注水井和四口监控井组成,所有这些仪器都可以测量油井本身以及油井之间区域的状况。这为研究人员提供了更多独特的数据。

此外,该现场实验室还为研究人员提供了测试新方法和新设备的独特机会,例如用于监测CO2的光纤传感器。

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