碳捕集：现状展望

为了了解目前的情况，作者采访了几位同事，并从他们各自的专业领域（技术、所有权和许可）研究了此事。

具体来说，作者与来自工程和环境咨询公司POWER Engineers（POWER）的四位专家进行了交谈。

电力公司环境部门的部门经理Tom Rolfson在包括发电在内的多个行业拥有多年的许可经验。

空气质量监管和许可专家Steven Babler最近评估了碳捕集项目的监管影响。Dwight Cole是POWER发电部门项目管理副总裁，专门从事脱碳解决方案。

John Lagomarsino，也是POWER发电部门的高级项目经理，为碳捕集技术的战略选择和项目开发提供技术咨询。

技术、法规、经济和劳动力可用性都是碳捕集状况的因素。这些专家的多重视角将描绘出一幅更清晰的画面，并最终回答这个问题：碳捕集是怎么回事？

技术

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Dwight Cole：碳捕集是石化行业中的一个已知过程，因此它并不是新的。然而，新的是它在捕集天然气燃烧废气中的CO2排放方面的用途，以及在其他行业（如波特兰（Portland）水泥）中的用途。

目前采用的技术是胺洗涤（下图），该技术用于数十家发电厂和工业工厂。它可以在现有能源上进行改造，也可以作为新化石燃料发电厂的一部分。三菱（Mitsubishi）、壳牌（Shell）、林德/巴斯夫（Linde/BASF）和福陆（Fluor）都是这项技术的几家供应商。

● 简化的胺洗涤器工艺流程，代表当前可用的碳捕集技术

John Lagomarsino：胺洗涤需要大量冷却处理过的废气以吸收CO2，然后再加热胺以释放捕集的CO2并再生胺溶液。这种冷却和再加热过程需要来大量能源，从而降低了整体效率。

此外，CO2捕集系统的泵、鼓风机和CO2压缩机消耗大量电力。因此，能源的总体效率显著降低，因为产生的大量能量用于碳捕集，从而提高了运营成本。

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是否有胺洗涤的替代方案？

John Lagomarsino：是的。替代技术已从开发阶段进入商业化阶段。一项特别有前途的技术是Allam循环（也称为Allam Fetvedt循环，以其发明者Rodney Allam的名字命名的），它利用超临界CO2循环并以氧气为燃料。

Allam循环使用天然气作为原料，产生纯CO2（用于销售或封存）；它发电效率与传统的联合循环发电厂（不提供碳捕集）相当。另外两大优势是水的使用量较低，其他污染物如氮氧化物（NOx）的排放量低至零。Allam循环系统将取代传统的化石燃料发电厂。

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CO2运输和最终用途的技术现状如何？

Dwight Cole：压缩、运输和CO2最终用途的技术已经发展成熟。管道通常需要在非常高的压力（2000 psi至3000 psi）下运行，这需要对压缩机和管道进行特殊设计。

强化驱油提高采收率（EOR）的最终用途已经开发了一段时间，是一种公认的CO2最终用途。

使用CO2生产更多的石油可能会因CO2的潜在再排放而对脱碳目标产生反作用。另一方面，如果能够找到并批准场地，专用地质封存将深入地下，需要更多的压缩和钻探。

这可能反映在《2022年通货膨胀削减法案》（IRA）中，永久地下封存的税收抵免为85美元/吨，而EOR使用的税收抵免则为60美元/吨。开发商正在增加这一封存行业，如Verde CO2，该行业从脱碳项目中获取捕集的CO2。

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CO2直接空气捕集和封存的现状如何？

John Lagomarsino：尽管有人会认为大量发展CO2直接空气捕集项目是没有止境的，即使引入了180美元/吨的税收抵免，但基础科学和经济学仍然是实现这一目标的障碍。

主要原因是空气中的CO2浓度仅为百万分之400（0.04%），而化石燃料发电厂的排放量比之高出300倍。因此，化石燃料发电厂的移除CO2更具成本效益。

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建设基础设施还有其他障碍吗？劳动力短缺将如何影响这些努力？

Dwight Cole：当然。我的理解是，与工业化前的水平相比，美国的碳捕集量需要每年增长400%，以实现气候协定的目标，将全球变暖限制在2摄氏度以下，最好是1.5摄氏度。

碳捕集基础设施的部署目标是到2050年实现净零排放，距离现在仅剩27年。希望我们有足够的工程师、科学家和其他专业人员来设计和建造足够的基础设施，以实现这一目标。

所有权

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谁在安装碳捕集器，为什么？

Dwight Cole：从我们的角度来看，它主要是现有化石燃料发电设施的所有者，如燃气轮机和燃煤锅炉蒸汽发电。

主要驱动因素是CO2的潜在销售，最近还有CO2移除的税收抵免。CO285美元/吨（甚至EOR65美元/吨），加上CO2的销售，碳捕集的经济性开始显现。我认为，如果我们有机会在2050年实现净零，这将继续增加。

Steven Babler：我们也看到了开发商和风险投资公司的涌入，特别是为了安装新的燃气发电能力，并将碳捕集纳入其中。

开发人员也表示有兴趣使用阿拉姆循环（Allam cycle）作为传统联合循环的替代方案，并在最后添加碳捕集以清理烟囱。这尤其适用于伊利诺伊州这样的地方，该州于2021年通过了《气候与公平就业法案》（CEJA）。

这项立法要求在2030年至2045年间逐步实现零碳电力生产。

阿拉姆循环（Allam cycle）理论上是零CO2排放，而经过精心设计的传统胺洗涤可以达到95%甚至99%，但这不符合2045年后伊利诺伊州的新法律。

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业主们看到了什么问题？

Dwight Cole：就可靠性而言，最大的问题是风险。理论上，所有者将根据《2022年通货膨胀削减法案》（IRA）税收抵免和获得合理的CO2销售价格来赚钱。

IRA基本上消除了经济障碍。行业参与者表示，85美元/吨的税收抵免是一个坚实的数字，可以作为经济基础。

然而，风险在于碳捕集系统是否会按照设计和承诺的方式运行，即CO2减排百分比和运营成本。因为经济是基于非常高的减排假设（超过95%），任何低于这一假设的情况都意味着用于税收抵免和销售的CO2排放量大幅减少。

此外，CO2减排和销售产生的收入取决于独立系统运营商（ISO）根据发电成本的调度运行的发电机组。如果运营成本过高，发电机将无法运行，CO2的减少和销售也不会发生。在投资碳捕集时，所有者必须考虑许多活动部件。

Tom Rolfson：这些年来，随着政治的不稳定，法规来来回回修改。业主、开发商和投资者面临的另一个风险是未来的不确定性。

然而，脱碳背后有着巨大的动力——对减少碳排放或其资金的需求似乎不太可能减少。Steven Babler早些时候提到的伊利诺伊州的《气候与公平就业法案》（CEJA）立法表明，各州对此是很认真的。

许可

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允许碳捕集和封存是否存在问题？

Tom Rolfson：这里有两个问题值得一提。首先，虽然目前提出的胺洗涤器技术已经在石化行业中使用和理解，但它对电力行业来说将是新的。

这基本上是在发电厂中添加一个石化厂，这意味着在工厂库存中添加溶剂等化学品，这会影响各种应急计划和社区知情权法案（EPCRA）报告要求，如有毒物质排放清单（TRI）报告要求。新的化学品和油类也会影响现场防泄漏计划和雨水排放许可。

其次，安装的碳捕集设备大得惊人。这可能会影响现有和新排气管的大气扩散条件，因此，许可当局可能会要求进行扩散建模，以证明非CO2排放物NOx、SOx、CO和颗粒物是在控制范围内的。这需要额外的时间进行施工前许可，并增加了项目的不确定性。

Steven Babler：尽管受到CO2大幅减少（以及由此产生的税收激励和收入流）的激励，但仍有可能引发新的许可要求。

最大的问题是增加了许多法规遵从性要求。随着设备的安装和运输，供应商必须继续遵守其现有许可证。他们还需要修改许可证，以考虑新的排放点（空气和水排放）和/或现有排放源排放率的变化。

在添加和修改设备时，人们关注的是作为“修改”触发新的需求，这意味着新的分散建模、控制技术和补偿购买。必须仔细检查许可证修改的变更，以便制定战略假设和操作限制，防止触发新的监管要求。

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捕集的CO2的运输和封存如何？这不需要许可吗？

Tom Rolfson：通常，捕集的CO2要么被压缩，然后通过管道输送到市场；要么注入地下进行强化驱油（EOR）；或者被进一步压缩至高压力并注入地下进行永久封存。

在所有三种情况下，我们只处理CO2，而不处理其他受管制的污染物；因此，空气许可不是问题（除非安装燃气轮机或往复式发动机进行压缩）。

许可可能成为问题的地方是管道系统和地质封存的选址、路线、批准、施工和运营。与任何线性设施一样，这涉及土地征用、环境研究、缓解措施和机构批准。

它还可以触发《国家环境政策法案》（NEPA）程序和长达数年的《环境影响声明》。最近环境正义作为一个额外的考虑因素的兴起也将发挥作用，特别是在基础设施的适当选址方面。地下注入的封存也可能是这种情况。

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碳捕集的前景如何？环境和许可问题是否会阻碍这一国家脱碳关键战略的进展？

Tom Rolfson：前途一片光明！任何基础设施开发的关键是在可行性阶段考虑环境影响，然后在许可阶段设计最小化影响（而不是增加影响）的功能。

我们还应在选址过程中仔细考虑环境公正。通过适当的选址，所需的基础设施应是可允许和可批准的，特别是考虑到CO2减排的重大环境效益时。

我们都知道这是必须的，所以如果我们都能承担碳捕集的责任，我们也将分享宝贵的利益。

文章来源：陕西翰坤ccs