CCS商业化近在眼前

发布时间：2023-12-19 13:51:15| 来源：乐鱼平台登录

  “如果说此前中国在发展CCS上还有些犹豫难抉的话，现在这样的一个问题已经基本不存在了。CCS与节能和能效技术、新能源技术并列被纳入国家十二五规划之中。现在的问题，已经进入到CCS如何商业化的阶段了。”

  随着全球二氧化碳排放量持续增长与世界各国征收碳税压力的逐渐形成，碳捕集与封存（CCS）技术作为降低碳排放的储备性技术，其商业化进程正在技术进步与成本下降的双重驱动下提速。

  “如果说几年前各界对CCS尚存疑虑的话，近年以来，以我所接触的各个层面而言，对CCS的态度正在趋于一致。”华中科技大学教授郑楚光在接受《科学时报》专访时指出，“CCS不再是未来的技术，其商业化运行已经近在眼前。”

  一般而言，实现碳减排有三种途径：一是改变能源结构，发展新型能源，特别是可再生能源；二是提高能源利用效率，即节能减排；三是回收化石能源所排放的二氧化碳并加以封存隔离，即CCS。

  在郑楚光看来，我国在减排的战略观念和布局上，在继续大力开展节能降耗和积极发展新能源的同时，也要更加高度关注化石能源（尤其是煤炭）的二氧化碳减排。

  “由于可再生能源的能量密度相对于化石能源过低，其实际碳减排空间在短期内十分有限，难以实现根本替代。”郑楚光说，“节能降耗具有很大潜力，但随着技术的进步和推广，其空间也会越来越少、难度越来越高。因此，在继续提高能效和改善能源结构的同时，应将碳的捕捉封存作为应对强制性碳减排的重要发展方向。”

  今年4月的坎昆会议正式将CCS作为碳减排的重要技术方向纳入清洁发展机制，郑楚光非常认同，此举是《坎昆协议》中为数不多富有突破性的成果之一。

  “如果说此前中国在发展CCS上还有些犹豫难抉的话，现在这个问题已基本不存在了。CCS与节能和能效技术、新能源技术并列被纳入国家十二五规划之中。”郑楚光说，“现在的问题，已确定进入到CCS如何商业化的阶段了。”

  据介绍，目前CCS中二氧化碳的捕集方式主要有三种：燃烧前捕集、富氧燃烧和燃烧后捕集。

  燃烧前捕集主要运用于IGCC（整体煤气化联合循环）系统中，该技术的捕集系统小，能耗低，在效率以及对污染物的控制方面有很大的潜力，但同时面临着投资成本和与现有发电装备的承接问题。IGCC技术仅适用于新电厂的建设。

  燃烧后捕集即在燃烧排放的烟气中捕集二氧化碳，在能耗和设备紧凑性方面具有潜力，已经实现商业化运行，但也面临降低成本和大规模减排的要求。

  富氧燃烧则是在传统燃煤电站的技术流程大体不变的基础上，将空气中的氧、氮分离，直接采用高浓度的氧气与循环的部分烟气（烟道气）的混合气体来替代空气，一次得到富有高浓度二氧化碳的烟气，进行处理和封存。

  在CCS的三条技术路径中，美国的悄然转向可能反映了这种二氧化碳捕获技术最具发展前景的方向。

  美国能源部长朱棣文的重要举措之一就是将美国“未来电力”（FutureGen）升级到2.0版本。

  FutureGen计划由美国时任总统布什在2003年提出，它以煤的气化制氢为技术核心，宣布建造一座275兆瓦燃煤发电和制氢的近零排放示范发电厂。但就在刚刚完成发电厂选址之际，能源部突然下令中止建造计划并进行重组。项目一再推迟，最初是因为选址问题，后来则是因为政治和成本方面的压力。在完成详细的成本估算和资助计划后，能源部和FutureGen联盟在2010年决定项目继续，但技术路径却发生了重要转变转向富氧燃烧。

  与此同时，美国能源部国家能源技术实验室（NETL）通过分析认为：“富氧燃烧有可能是对现有燃煤发电机组清洁化改造、捕获二氧化碳以实现地质埋存的最低成本途径。”

  尽管美国国内对碳捕集技术仍然存在争议，但不能阻止奥巴马政府的转变：美国能源部已正式承诺投资10亿美元用于位于伊利诺伊州的FutureGen2.0示范项目。

  这笔资金主要用于把一家燃煤电厂改造成利用富氧燃烧技术生产清洁燃烧能源的工厂。这是一个将燃料在纯氧而不是空气中燃烧，产生了富含二氧化碳的气体，可供捕集和封存的过程。

  这对于在富氧燃烧这个领域默默耕耘了近二十年研究的郑楚光团队来说，无疑增添了信心。

  在曾任华中科技大学煤燃烧国家重点实验室主任的郑楚光看来，富氧燃烧是实现低成本大规模减排的新型技术。

  富氧燃烧是在现有燃煤装置上，用氧气代替助燃空气，同时采用烟气循环输送燃料和调节传热的新型燃烧方式。“富氧燃烧能够在获得二氧化碳的高浓度富集的同时，还具有高效脱硫脱硝的综合效果，在运行的经济成本上有着相当优势。”郑楚光介绍说。

  据介绍，经济评价表明，较之现有的同类技术，富氧燃烧技术无论是设备的投资成本，还是发电成本；无论是二氧化碳的捕获成本，还是减排成本，都是很具竞争力的。如果再考虑二氧化碳资源化利用或征收碳税，则更显优势。

  “此外，富氧燃烧技术是基于现有燃煤电站锅炉系统，技术成熟度高、经济成本优势明显、具有实现近零排放和规模化减排的潜力优势，毫无疑问会成为本世纪煤燃烧技术的一个很具竞争力的重要发展趋势。”郑楚光说。

  近年来，包括美国、英国、法国以及欧盟在内的多个先进发达国家和大型装备公司都专门为富氧燃烧技术，制订了发展计划和技术路线图。位于澳洲的全球碳捕集和封存研究所已宣布将投资183万美元支持卡利德富氧燃烧项目，该研究所还得到了美国国务院50万美元的项目资助经费。继美国欧洲后，韩国也宣布了加入这一领域的示范之中。

  目前，富氧燃烧技术在不少国家已确定进入工程示范建设前期阶段，仅在2008~2010年期间，全世界就有8座示范装置投入运行。

  国外的一些大公司已将目光瞄准了中国这个全球最具潜力的巨大市场。美国空气化工产品公司（Air Products）将入主中国煤炭大省山西，将其富氧燃烧二氧化碳提纯技术应用在山西国际能源集团将建造的装机容量为350兆瓦富氧燃烧发电示范项目中，并对该电厂进行可行性研究与参考设计。

  据报道，该示范项目将在山西国际能源集团太原电厂中开展，预计将捕集到的二氧化碳提纯后用作他用或直接封存。美国能源部与中国国家能源局曾将该项目纳入“中美化石能源协议附录二：清洁能源”中，该协议旨在促进两国的科学与技术合作。

  美国Air Products公司代表了全球富氧燃烧技术的领先水平。该公司能源产业部的副主席David JTaylor毫不掩饰他们对中国市场的勃勃雄心：“我们已在小型的试验当中成功证明富氧燃烧技术能够提纯捕集到的二氧化碳。虽然这次的项目十分大，将该技术应用在装机容量达到世界级水平的电厂中也是合情合理的。”Taylor还追加了条款，规定Air Products将给山西国际能源提供关于制氧与二氧化碳提纯设备研究与设计的详细内容，并将两套设备建成世界级水平。

  面对来势汹汹的国外同行，“我们的压力很大。但好在这次转型中，我们并没有掉队。”郑楚光说。

  在富氧燃烧领域中，郑楚光团队的研究从上世纪90年代就已开始。不夸张地说，他们坐了十几年的冷板凳。随着中国经济转型与节能减排压力的累积，这项技术的重要性才逐渐得以彰显。

  1995年，郑楚光教授在国内率先开展了富氧燃烧技术的基础研究。2007年建成了国内首套300千瓦富氧燃烧及污染物联合脱除综合实验系统，并主持了国内该方向的“973”、“863”以及国家自然科学基金重点课题。目前这个团队正依托国家能源煤炭清洁低碳发电研发技术（实验）中心和武汉新能源研究院，即将建设完成国内首套具有工业示范意义的3兆瓦富氧燃烧全流程实验系统。

  “这套3兆瓦系统能实现从空分氧燃烧烟气净化压缩纯化的全系统耦合验证，具有每年万吨级的二氧化碳捕捉能力。”郑楚光说。

  今年5月，我国启动了“35MWth富氧燃烧碳捕获关键技术、装备研发及工程示范”国家科技支撑计划项目。该项目由郑楚光领导的团队牵头，多个产业部门参与。项目完成后将建成我国第一套10万吨/年二氧化碳捕捉的富氧燃烧锅炉系统，将成为自主研发富氧燃烧关键技术、装备以及大型化的基地。

  在郑楚光团队的路线万吨/年级工业规模CCS示范，实现富氧燃烧与CCUS结合，使空分压缩发电系统优化；2020年前，将可望进入百万吨级的大型示范运营中。

  “CCS的富氧燃烧技术与EOR和EGR相结合，可望成为一条符合中国国情的规模碳减排和资源化利用的有效途径。目前工程示范的理论和技术条件已经很成熟。建议国家从战略层面，更加关注和重视燃煤的规模减排与资源化利用技术的开发，尽快组织实施工业规模的示范系统。推动我们国家的二氧化碳减排事业和低碳经济的发展。”郑楚光说。