目前二氧化碳在大气中的含量水平为百分之三百八十五,而其正以每年3%的速度增长。按这个速度发展,到2100年,空气中的二氧化碳的荟萃量将达到百万分之一千一百,整个地球的气象前提将逐步靠近史前年代:地球大气层和金星的大气层相类似,二氧化碳取代氮气成为重要成分;温室效应造成的高温将不适合任何动物的生计,人类社会则将在这一过程中崩溃。
造成这所有的重要原因,就在于人类的工业化过程使得碳的排放量已经远远超过了天然系统捕获碳的能力。若何阻止这一过程发展下去是个辣手的问题。作为补救措施之一,人类已经起头尝试将碳捕获与封存(CCS)作为一种产品推向前台,并已经在部门地域进行试点。
天然碳捕获
地球形成之初,大气层的重要成分是二氧化碳和甲烷,是个不合适居住的星球。但天然扭转了这所有。经过数亿年的功夫,大部门二氧化碳都被“蓄碳池”系统所吸收。海水、绿色植被都是蓄碳池系统的组成部门。现今地球的海水里充斥了远古时期的碳,其总量约莫有35万亿吨。而经过数千万年的功夫,地球上的原始丛林也吸进了数万亿吨的二氧化碳。被植物所捕获到的大无数二氧化碳经过数十亿年的功夫,都演造成越发固定的地质状态,蕴含石灰石、页岩,也蕴含煤炭、石油和天然气等碳氢化合物。
直到约莫500年前,这种天然碳捕获的过程都进行得极度顺利。碳的循环在其时达到了肯定的平衡:腐臭的植物或者火焰每排放一个二氧化碳分子,丛林或海洋就会沉新吸收一个同样的分子?掌械亩氧化碳浓度为百万分之二百七十。
然而,从公元1500年起头,这衷旖衡被逐步打乱。由于农业的发展和对木材的必要耗尽了丛林,地球吸进碳的能力逐步降落。更为沉要的是,对能源需要贪得无厌的工业革命引发了碳氢化合物点火量的骤增,从而旋转了数亿年来碳贮存的平衡。从18世纪末以来,报答的二氧化碳排放量已经从微不及路的每年1亿吨上升到每年63亿吨,约莫比生物圈所能吸收的量多了一倍。由于每年进入大气层中的碳量比被捕获的碳量多出32亿吨左右,所以大气层中碳的荟萃量起头上升,增长到了此刻的每百万分之三百八十以上。
皮尤全球气象钻研中心钻研员本•普雷斯顿说:“即便人类今天终场了所有二氧化碳的排放,那么我们还得等上两三个世纪的功夫,能力比及天然界的蓄碳池将已经在大气层中有余的二氧化碳吸收掉,让二氧化碳的荟萃量复原到工业化以前的水平。”
在这种布景下,人类起头了报答碳捕获与封存技术的尝试。
碳捕获与封存
二氧化碳捕获和封存技术在具体实际中同样分为“碳捕获”和“碳封存”两个步骤进行。对于碳捕获而言,人们此刻已经把握了三种重要的技术蹊径:点火后捕获(post-combustion)、点火前捕获(pre-combustion)和富氧点火捕获(oxyfuel-combustion)。
点火后捕获是指从化石燃料点火后产生的废气当选取液体溶剂和加热的方式将二氧化碳分离出来。而点火前捕获则是首先将化石燃料转化为氢气和二氧化碳的混合气体,而后二氧化碳被液体溶剂或固体吸附剂吸收,再通过加热或减压得以开释和集中。
与点火后捕获相比,燃料前捕获中碳的压力和浓度均相对较高。这使得碳的分离更为容易,同时也提供了进一步利用新型碳捕获技术的可能性。而如今在尝试室或试点项目中幼规模使用的富氧点火技术,同样涉及燃料点火过程,但分歧之处在于助燃剂是氧气而非空气。其点火后的废气也重要由水蒸气和高浓度的二氧化碳组成。
碳埋存技术的现实利用则必要首先寻找到合适封存二氧化碳并使其与大气齐全断绝的地质层。而从地质学角度看,现实上有三类地质层均能用来埋存二氧化碳,其中最具吸引力确当属现有的油田和气田;谌嗣嵌圆筒愫筒愕牡刂矢趴龅纳羁滔嗍,油田和气田已被证实能够包容碳氢化合物。而更沉要的是,将二氧化碳回注油田能显著提高油田采收率多达5%至15%,并可相应地耽搁油井出产寿命——这种“化腐烂为神奇”之术内容上已成功地援手了不少产量日减的油田得以增产延寿。
第二类地质层是不含碳氢化合物的圈关(一种能阻止油气持续运移并能在其中荟萃的场所),但它拥有和含油层、含气层和煤层类似的结构。
第三种就是底水-深度蓄水盐层,由于盐层的散布面积宽大,因而被选举为一种悠久的碳埋存解决规划。
(起源:Z6人生就是博集团规划发展部 王瑗 转载整顿)