碳捕集与封存(CCS)是如何工作的？

世界上有一个碳问题。要解决这个问题，就需要停止燃料燃烧的碳排放，转而依靠风力涡轮机和太阳能电池等更清洁的能源。

但是，对于空气中已经存在的现有CO2，以及每天排放的数百万吨CO2，我们能做些什么吗？

自然保护协会副主任Rebecca Benner说：“在人类历史的大部分时间里，碳排放都是由大自然平衡的，但现在我们产生CO2的速度比大自然回收CO2的速度快得多。”

碳捕集与封存是一个总括性的术语，其中一些技术是在20世纪80年代首次提出的，旨在将排放的CO2释放到空气中之前，将其捕集并封存起来。

虽然碳捕集与封存尚未大规模进行，但公司和政客正在推动碳捕集与封存，将其作为引导国家走向碳中和的未来计划的关键部分。

在《通胀削减法案》中税收激励措施的鼓励下，一些美国公司提出了捕集CO2并利用或将其封存在地下的项目。

然而，一些环保人士对这些提议持怀疑态度，他们表示，碳捕集与封存可能会分散人们对减排工作的注意力。

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湿地和森林等自然生态系统从空气中吸收碳并将其转化为生物质，这是地球自然碳循环的一部分。

因此，植树是一种低技术含量的碳捕集方法，而且我们知道这种方法可以大规模使用。

但随着化石燃料的持续使用，大气中CO2含量的上升速度超过了仅靠自然过程能够抵消的速度，专家们已经在寻找方法来增强大自然的能力。

全国各地都在努力植树和进行其他小规模试验。目前正在开发两种更大规模的方法：燃烧后捕集和直接空气捕集。

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燃烧后捕集技术来自煤炭或天然气发电厂或生产混凝土和钢铁等材料的工厂的烟囱排放物（称为烟道气）。它是目前美国采用的主要碳捕集方法，包括在中西部捕集乙醇工厂排放的项目。工业流程占全球碳排放量的24%。

一旦烟气被捕集，CO2就会从气体的其他成分中分离出来，然后投入新的用途或储存起来。

麻省理工学院能源计划的研究工程师Howard Herzog（被誉为CCS之父的学者）说：“你可以使用不同的燃烧后捕集技术。

最成熟和商业上可行的方法是使用胺类化学物质从烟道气中吸收CO2。胺在较低温度下与CO2结合，然后在加热时再次释放，产生较纯的CO2。”

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对于外行人来说，“碳捕集”这个词可能会让人联想到一个巨大的空气过滤器之类的东西。确实存在这样的技术，2021年通过的《基础设施投资和就业法》为一系列测试站点提供资金支持。

但专家表示，到目前为止，直接空气捕集的成本太高，而且对于它可以捕集的CO2量来说，相对使用的能源太多。

在高浓度CO2的来源上，碳捕集效率更高，例如乙醇生产过程中释放的气体，几乎完全是CO2。水泥生产释放出的气体，其中CO2含量约为 15%。

相比之下，大气中的CO2含量约为 0.04%，因此必须处理超过1000吨的普通空气才能捕集一吨CO2。

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一旦CO2被捕集和分离，CO2就会被加压成液态，这样它就可以通过管道输送到可以使用或封存的地方。目前正在进行的两个管道项目将把CO2从中西部乙醇工厂输送到北达科他州和伊利诺伊州。

存在风险：与任何管道一样，CO2管道可能会破裂，就像2020年密西西比州发生的那样，引发人们对安全的担忧。

反对中西部管道项目的环保组织 Food & Water Watch 的政策主管Jim Walsh说：“我们不仅仅是在谈论中西部的管道，而是在全国范围内大规模扩建。目前还没有针对CO2管道项目的联邦监督机构。”

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CO2有商业用途，但其中许多用途最终会导致CO2被释放回大气中。例如，用于碳酸化饮料的CO2会在汽水罐打开时开始逸出，而干冰在融化时原本被利用的CO2也会返回到空气中。

CO2的另一个主要用途是在能源行业。CO2气被注入日益减少的老油井，试图从地下开采更多的原油。许多环保主义者对使用捕集的CO2获取更多化石燃料，并释放更多CO2的过程持怀疑态度。

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CO2利用的替代方法是将其封存在无法逃逸到大气中的地方。目前是通过将其注入在地下深处来完成的。

只有某些岩层适合以这种方式封存CO2。岩石必须在地下至少半英里处，深度足以远离地下水。

它必须是多孔和可渗透的，就像砂岩或石灰岩一样，所以它内部会有一定的空间足以容纳注入的气体，就像将水倒入一桶沙子中填充空隙一样。

而且地层上面必须有一层致密的岩石，比如页岩，这样CO2在理论上就不会渗出到地表。

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一些专家和环保主义者反对发展碳捕集与封存，称这充其量只是部分解决方案，而在最坏的情况下，它可能会让化石燃料行业继续照常营业，从而阻碍全球向清洁能源的过渡。

挪威国际气候研究中心研究主任Glen Peters说：“如果你在减排方面做得太少，那么就没有必要去除CO2。”

最近的一项研究发现，在将从化石燃料燃烧的工厂烟道气中捕集和分离CO2 所用的能源考虑在内后，碳捕集系统只会将工厂的净排放量减少10%到11%，而不是支持者所说的估计80%或90%。

麻省理工学院的Howard Herzog博士说：“其他人说我们需要寻求多种途径来减缓气候变化，没有100%的解决方案，我们需要很多10%和20%的解决方案，二氧化碳捕集与封存技术就是其中之一。”

文章来源：陕西翰坤ccs