歐盟委員會態度堅定：碳捕集與封存（CCS）將在應對氣候變化的斗爭中發揮關鍵作用。但是CCS是如何工作的呢?這項技術有多普及?它的道路上有什么障礙?CNRS（法國國家科學研究中心The National Center for Scientific Research）新聞將帶來詳細報道。（本文最初發表于法國國家科學研究中心期刊《科學研究》第16期（法文））歐盟委員會（European Commission）于2024年2月初發布了一份報告，為歐洲工業碳管理制定了廣泛的指導方針，其中的核心信息之一是，如果我們要將全球變暖限制在1.5°C，我們將不得不依賴于CO2的捕集和封存。據歐盟委員會稱，到2040年，碳捕集與封存（CCS）將是每年從大氣中去除約2.8億噸CO2的關鍵，到2050年，這一數字將上升至約4.5億噸。這表明，歐盟對這種做法有多么依賴。然而，問題在于，正如幾天后發表在《自然》雜志上的一篇文章所指出的那樣，歐盟對這項技術的依賴并非沒有危險。這是有充分理由的：CCS的推廣遇到了許多障礙。全球碳項目（一個旨在量化全球溫室氣體排放及其原因的組織）發布的2023年報告估計，人類活動（工業、交通、供暖等）造成的CO2排放量每年約為400億噸。CO2是導致全球變暖的主要溫室氣體，據政府間氣候變化專門委員會（IPCC）稱，氣溫上升超過2攝氏度將導致海平面大幅上升，洪水、風暴和干旱等極端天氣事件更加頻繁。為了在2050年實現碳中和，IPCC重點關注兩個主要解決方案：首先，通過減少能源消耗來減少排放，更有效地利用能源，并逐步用零碳能源（太陽能、風能、核能和潮汐能）取代大多數化石資源（石油、天然氣等）：其次，從工業煙氣中去除CO2，甚至直接從空氣中去除。然而，后一種選擇正在努力起步——迄今為止最大的設施每年只能捕集4000噸CO2，與全球年排放量相比，這只是滄海一粟。然而，從煙道氣中直接去除碳，特別是生產各種材料所需的化學反應產生的碳，情況并非如此。例如，水泥廠排放的CO2中有三分之一是由窯內燃燒化石燃料產生的，其余三分之二是由水泥的主要原料石灰石的熱分解產生的。這些殘余排放物可以被許多天然碳匯捕集，如海洋、森林或泥炭地，它們通過光合作用的生化過程將CO2以有機物的形式封存起來。然而，這些生態系統只捕集了今天CO2排放量的一半以上，這已經是一個巨大的數字了。但是，隨著氣候變化的加速，碳匯的效果可能會降低，特別是如果碳匯的表面積由于火災、干旱以及自然和半自然土地被城市和其他人工開發（稱為“土地占用”）而縮小的話。因此需要人工捕集CO2。“盡管到2050年，天然碳匯將能夠減少80%的殘余排放，但大多數專家認為，CCS將對剩余的20%至關重要，”參與CCS研究的南西（法國東北部）GeoRessources4實驗室的研究教授Jacques Pironon說。具體來說，CCS旨在直接從煙囪中捕集煙氣中所含的CO2，然后將其封存在地下。在實踐中，“CCS有三個主要階段：CO2的捕集、運輸和封存，所有這些都基于特定的技術”，CO2俱樂部主席Florence Delprat-Jannaud解釋說，該俱樂部促進了與CCS有關的行業和研究參與者之間的討論和倡議。迄今為止，有三種主要的CO2捕集方法。“最成熟的是燃燒后，其目的是從燃燒產生的煙氣中提取CO2。能源公司IFP énergies Nouvelles的設計工藝工程師Florent Guillou說：“石油和天然氣行業已經使用了一個世紀。在這種方法中，CO2被胺基溶劑吸收，這些化合物可以與氣體結合。第二種方法是燃燒前捕集，“包括在燃料燃燒之前從燃料中去除CO2。這是通過將可燃物轉化為由一氧化碳和其他氣體組成的合成氣，然后注入蒸汽，以便將部分能源轉化為CO2，同時產生額外的氫氣來實現的。最后，第三種方法是通過富氧燃燒捕集CO2，這是一種在需要燃燒的工業過程中使用純氧而不是空氣來燃燒燃料的技術。Florent Guillou解釋說：“這產生的煙道氣幾乎只含有CO2和水蒸氣，這很容易分離。”Florence Delprat-Jannaud補充說，為了運輸捕集的CO2，“氣體被液化以減少其體積，然后通過管道、船舶、火車或卡車運送到封存地點”。接下來是封存階段，“可以在深度超過800米的各種地下結構中進行，例如深層咸水含水層（多孔，滲透性巖石的床，飽和了不適合飲用的鹽水），枯竭的油氣田，以及玄武巖和橄欖巖等火成巖”。對于Jacques Pironon來說，“以前的油田或氣田是最容易實施的選擇，因為CO2可以通過現有的井注入。此外，幾十年來，石油工業一直在使用提高采收率的方法，即在油藏生命周期結束時向油藏中注入CO2，以降低碳氫化合物的粘度，從而更容易地回收它們。”然而，Florence Delprat-Jannaud強調，“含鹽水層的數量要多得多，并提供了最大的封存能力”。據政府間氣候變化專門委員會稱，這些地質構造可能包含全球1萬億噸CO2，足以封存未來幾個世紀我們排放的所有CO2。至于火成巖，“它們通過將CO2礦化成碳酸鹽提供了長期的封存能力，換句話說，與深鹽水層需要數十萬年的時間相比，巖石在短短幾年內就能迅速凝固和穩定”，正在研究這一選擇的科學環境圖盧茲實驗室的研究教授Pascale Bénézeth指出。事實上，CCS并不是一項新技術。“自20世紀90年代以來，歐洲已經支持了大量的試點研究項目，”Jacques Pironon說，他在2010年代初幫助評估了世界上第一個CO2捕集、運輸和封存的綜合產業鏈，在舊大陸的試驗工廠進行了測試，該工廠由TotalEnergy在法國西南部拉克的工業基地開發。“今天，全球共有41個全鏈CCS項目。更好的是，歐洲首個商業運輸和封存計劃將很快啟動并運行：挪威的北極光計劃從2024年起每年在北海封存150萬噸CO2，從2026年起增加到500萬噸，”Florence Delprat-Jannaud高興地說。然而，她也發出了警告：“全球每年僅捕集約4500萬噸CO2，而在十年的時間里，為了實現碳中和，需要捕集50到100倍的CO2。”因此，需要大規模部署CCS。例如，“以法國為例，其目標是到2050年每年封存1500萬至2000萬噸CO2，所需的地點數量當然取決于設施的容量，但以北極光項目的封存量為例，我們將需要大約10個這種類型的裝置。我們還必須將它們與交通基礎設施結合起來。”然而，不幸的是，CCS的部署受到許多障礙的阻礙。在2016年發表的一篇論文中，由澤維爾·阿諾德·德·薩特（Xavier Arnaud de Sartre）領導的一個研究小組，他是法國西南部圣保羅大學（Université de Pau）能源與環境轉型實驗室的研究教授，根據新聞文章和社會科學研究，通過研究大約10個歐洲儲能項目的具體案例，確定了幾種類型的障礙。一個有趣的發現是，CCS的部署受到人口接受度低的阻礙。研究人員指出：“然而，這個因素在延遲部署方面只起了很小的作用。”國民反對的部分原因是，如果過快注入CO2，有可能引發地震，或有可能發生CO2泄漏。”然而根據IPCC的說法，“地質封存是可靠的，總泄漏率低于每年0.001%”。根據Xavier Arnaud de Sartre團隊的說法，CCS困難的另一個來源是它不夠成熟。這位研究人員補充說：“在TRL（技術就緒水平）量表上，它評估一項技術的成熟度，直到它融入一個完整的系統并實現工業化，地質封存的排名在6-7之間（滿分9分）。”就捕集而言，“仍然需要提高現有技術的效率并降低其成本，特別是在能源消耗方面，”皮羅農認為。Florence Delprat-Jannaud指出，事實上，目前“使用CCS捕集、運輸和封存每噸CO2的成本在80歐元到150歐元之間，而在歐洲市場上，每噸CO2的排放價值（如果超過授權限值，由工業運營商支付）約為90歐元”。在封存方面，精確識別潛在儲層將是至關重要的。具體到火成巖選項，“挑戰在于在法國確定一個最初的試驗點。例如，盧旺達和新喀里多尼亞是需要評估的潛在目標。”巴黎地球物理學院（IPGP）地球物理研究所的研究員伊莎貝爾·馬丁內斯解釋說。
最后，Xavier Arnaud de Sartre和他的同事們的工作強調了減緩CCS部署的其他幾個主要障礙：“關于所使用的技術和發展戰略，各方缺乏共識：缺少一個經濟模型來說明誰來支付封存費用：最后，對CCS的政治承諾薄弱。”關于最后一點，該團隊在目前正在發表的其他研究中得出結論，“由于法國的去工業化和核電提供的無碳能源的重大發展，國家在脫碳方面的投資很少”。然而，正如Florence Delprat-Jannaud指出的那樣，“為了應對氣候變化，我們別無選擇：我們必須大規模部署CCS。快點!”
來源： CCUS國家地方聯合工程研究中心
