碳捕集與封存 (CCS) 是一種收集和儲(chǔ)存 CO2 氣體的技術(shù)。

碳捕集與封存(Carbon Capture and Storage，CCS)，就是將捕獲、壓縮后的二氧化碳運(yùn)輸?shù)街付ǖ攸c(diǎn)進(jìn)行長(zhǎng)期封存的過(guò)程。CCS技術(shù)包括二氧化碳捕集、運(yùn)輸以及封存三個(gè)環(huán)節(jié)。根據(jù)碳封存地點(diǎn)和方式的不同,可將碳封存方式分為地質(zhì)封存,海洋封存、碳酸鹽礦石固存以及工業(yè)利用固存等。

在將CO2封存到地下之后，為了防止其泄漏和或遷移，需要密封整個(gè)存儲(chǔ)空間。目前認(rèn)為比較可行的辦法是利用常規(guī)的地質(zhì)圈閉構(gòu)造，它包括氣田、油田和含水層，對(duì)于前兩種，由于他們是人類(lèi)能源系統(tǒng)基礎(chǔ)的一部分，人們已熟悉他們的構(gòu)造和地質(zhì)條件，所以利用它們來(lái)儲(chǔ)存CO2就比較便利和合算，而含水層由于其非常普遍，因此在儲(chǔ)存CO2方面具有非常大的潛力。

碳捕獲和封存(CCS)是捕獲、儲(chǔ)存或利用CO 2氣體的過(guò)程。由于以下幾個(gè)原因，CCS 受到了濃厚的興趣：

· 它減少了CO 2排放。

· 它有助于維持已經(jīng)建成并可能已支付費(fèi)用的碳基基礎(chǔ)設(shè)施的價(jià)值(例如燃煤水泥廠)。

· 它有助于維持地下碳基資產(chǎn)的價(jià)值，否則這些資產(chǎn)將因脫碳而無(wú)法燃燒(例如煤炭、石油和天然氣)。

· 它為石油公司提供了一種在脫碳世界中利用其核心競(jìng)爭(zhēng)力的方法，因?yàn)?CCS 在機(jī)械上類(lèi)似于天然氣開(kāi)采，只是方向相反。

目前，全世界每年有 4000 萬(wàn)噸 CO 2通過(guò) CCS 處理(Mt/yr);然而，全球排放量大約高出 1000 倍。由于成本原因，CCS 沒(méi)有取得進(jìn)一步進(jìn)展，并且缺乏迫使市場(chǎng)吸收這一額外成本的政府干預(yù)。然而，在對(duì)氣候變化的日益關(guān)注和 CCS 成本降低的推動(dòng)下，CCS 最終可能會(huì)流行起來(lái)。

要擴(kuò)大 CCS，需要協(xié)調(diào)封存地點(diǎn)的調(diào)查、CO 2管道網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)以及現(xiàn)有碳基基礎(chǔ)設(shè)施的改造。同步需要一個(gè)長(zhǎng)期戰(zhàn)略，了解 CCS 可能如何展開(kāi)，并制定相應(yīng)的計(jì)劃。本文概述了 CCS，并討論了長(zhǎng)期的 CCS 戰(zhàn)略可能是什么樣子。

什么是碳捕獲和封存?

CCS 包括三個(gè)步驟：捕獲、運(yùn)輸和存儲(chǔ)。

· 捕獲涉及從氣流中提取CO 2 。例如，可以從燃燒天然氣發(fā)電的設(shè)施的廢氣中提取 CO 2 。在捕獲之前，大約 10% 的廢氣是 CO 2，而其余大部分是氮?dú)?。捕獲需要將CO 2從氮?dú)庵蟹蛛x出來(lái)。

· 運(yùn)輸通常涉及在管道中 移動(dòng) CO 2 。

· 儲(chǔ)存需要將 CO 2置于地下，或以某種方式使用它。存儲(chǔ)成本通常只占 CCS 總成本的一小部分。

隨著來(lái)源中的 CO 2變得更稀，提取成本增加。例如，從具有 85% CO 2廢氣的乙醇生產(chǎn)中提取 CO 2 (~$15/tCO 2 ) 比從具有 10% CO?2廢氣的天然氣發(fā)電中提取CO 2 (~$60/tCO 2 ) 更容易。更困難的是直接空氣捕獲 (DAC)，它涉及從大氣中提取 CO 2 ?？諝庵泻? 0.042% ( 420ppm ) CO 2，提取成本為數(shù)百美元/tCO 2。

為了儲(chǔ)存，通常將 CO?2氣體轉(zhuǎn)化為壓力≥72 ATM (1058psi) 的液體，并將該液體注入地表以下 800 米或更深處。一個(gè)注射到已經(jīng)有這些壓力的液體的部位，這表明它們可以承受壓力?，F(xiàn)有的石油和天然氣田通常是很好的候選者，因?yàn)樗鼈兊牡叵聞?dòng)態(tài)已經(jīng)得到很好的了解。有關(guān)詳細(xì)信息，請(qǐng)參閱DOE 2017 CCS 存儲(chǔ)報(bào)告。

當(dāng)將 CO 2氣體壓縮成液體時(shí)，體積減小 3000 比 1，密度變得與水相似(即一立方米重約一公噸)。理論上，人們可以將一年的液態(tài)CO 2儲(chǔ)存在直徑為 20.8 公里、高度為 100 米的地下圓筒中(34Gt/yr 全球 CO 2排放量 = 100m x 3.14 x 10,400m^2 / 1e9)。

捕獲世界上 30% 的 CO 2需要多少成本?

世界目前排放大約 34Gt/yr 的 CO 2。如果通過(guò) CCS 處理 10Gt/yr，成本為每噸 100 美元($/tCO 2)，那么全球每年的總成本將為 1T 美元(10G x 100 美元)。如果 16% 由美國(guó)處理，那么在達(dá)到 1.6Gt/yr 的水平后，消費(fèi)者每年的成本將為 $160B 。如果建造超過(guò) 10 年，那么消費(fèi)者的成本在第 1 年為 $16B，在第 2 年為 $32B，在第 10 年之后為每年 $160B。公眾對(duì)這些數(shù)字不滿意;因此，需要進(jìn)行研發(fā)以降低 CCS 成本。

什么限制了 CCS 的部署?

10Gt/yr 規(guī)模的 CCS不受地下存儲(chǔ)可用性的限制，也不受技術(shù)限制。相反，它受到 CCS 成本的限制，從 40 美元到 150 美元/tCO 2不等。較低的數(shù)字適用于具有高濃度 CO 2的過(guò)程，例如乙醇生產(chǎn)。然而，在大多數(shù) CCS 應(yīng)用中，成本超過(guò) 100 美元/tCO 2。