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减碳攻略:Climeworks 开启世界上最大的碳捕集和封存工厂

2022年06月29日

瑞士初创公司Climeworks刚刚启动了其在冰岛的直接碳捕获和储存 (CCS) 设施。Treehugger的Emily Rhode回答了什么是直接空气捕获以及是否有效的问题,解释了Climeworks 使用的过程,风扇将空气吹过吸收二氧化碳(CO2)的固体吸附剂。当吸附剂尽可能多地吸收后,它就会与外界隔绝并加热,释放它收集的二氧化碳。


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    而且这项技术确实有效:它已在潜艇和航天器中使用多年。但是,要做到这一点需要很大的精力。罗德笔记:“液体溶剂和固体吸附剂直接空气捕获的加热过程非常耗能,因为它需要分别将化学加热到900摄氏度(1,652华氏度)和80摄氏度到120摄氏度(176华氏度到248华氏度)。除非直接空气捕集厂完全依靠可再生能源来产生热量,它仍然使用一定数量的化石燃料,即使这个过程最终是碳负的。”


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    这就是为什么冰岛是这样一个尝试的热点;他们从地热发电厂(如距离雷克雅未克15英里的赫利舍迪发电厂)获得可再生能源,并使用大量超热水来加热吸附剂。


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     位于冰岛还有一个额外的好处:它是由玄武岩等火山岩制成的。与另一家公司Carbfix合作,将浓缩的二氧化碳溶解在抽入地下深处的水中。根据Carbfix:“碳酸水是酸性的。你可以在水中加入的碳越多,液体就会变得越酸。Carbfix的碳酸水会与地下的岩石发生反应,并将钙、镁和铁等可用的阳离子释放到水流中。随着时间的推移,这些元素与溶解的二氧化碳结合并形成碳酸盐,填充岩石内的空隙(孔隙)。碳酸盐可以稳定数千年,因此可以被认为是永久储存。这个过程的时间尺度最初让科学家们感到惊讶。在CarbFix试点中项目,确定至少 95% 的注入二氧化碳在两年内成矿,比以前想象的要快得多。”


    Orca工厂每年可以去除4,409美吨(4,000公吨)的二氧化碳。Climeworks的联合首席执行官兼联合创始人Ian Wuzbacher声称这是一件大事:“Orca作为直接空气捕获行业的里程碑,为Climeworks 未来的扩张提供了可扩展、灵活和可复制的蓝图。凭借这一成功,我们准备在未来几年迅速提高我们的产能。实现全球净零排放还有很长的路要走,但有了Orca,我们相信Climeworks 朝着实现这一目标迈出了重要的一步。


多少二氧化碳?

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    但正如他所说,我们还有很长的路要走。让我们把它放在某种角度;美国人均年排放量为17.7美吨(16.06公吨)。因此,整个Orca项目移除并存储了248名普通美国人的碳排放量。


    换一种说法:一辆福特F-150平均每年排放5.1美吨(4.6公吨)二氧化碳,因此Orca工厂吸收了相当于 862 辆汽油动力F-150皮卡的排放量。1福特每天?销售2,452 辆皮卡,因此Orca工厂基本上抵消了福特8.5小时的生产。这不是杯水车薪;这更像是桶中的分子。

碳捕集与封存 (CCS) 的优缺点

    作为应对气候危机的广泛策略组合的一部分,碳捕获和储存(CCS)有可能帮助减少排放到地球大气中的二氧化碳(CO2)的量。然而,有多重障碍阻碍CCS成为主流,例如经济障碍和潜在风险。

什么是 CCS?

    碳捕获和储存(CCS)是从工业过程中去除二氧化碳的过程,例如燃烧化石燃料的发电厂。然后将二氧化碳运输并放置在长期储存中,通常是在地下地质构造中。去除的CO2可以在燃烧发生之前或之后取出。

CCS的优势

    据伦敦经济学院格兰瑟姆研究所称,CCS是目前唯一可以减少工业厂房排放的碳捕集技术,与其他类型的碳去除技术相比,它具有多项优势。

CCS 可以从源头上减少排放

    美国近50%的温室气体排放直接来自能源生产或工业。CCS的最大优势可能在于它能够从这些点源捕获二氧化碳,然后将其永久储存在地质构造中。国际能源署估计,CCS可负责去除工业和能源生产设施中多达20%的二氧化碳排放总量。

CO2 更容易在点源处去除

    通过直接空气捕获等技术从空气中去除二氧化碳的主要缺点之一是大气中气体的浓度相对较低。在一种称为预燃烧的CCS中,燃料经过处理以形成氢气和一氧化碳的混合物。这种混合物被称为合成气,与水反应形成氢气和高浓度二氧化碳。

    在富氧燃烧的CCS过程中,氧气用于燃烧燃料,剩余废气中也含有非常高浓度的CO2。这使得CO2更容易与CCS过程中的吸附剂反应然后被分离。 

可同时去除其他污染物

    在富氧燃烧过程中,用于燃烧的高浓度氧气导致氮氧化物(NOx)和二氧化硫气体的显着减少。为阿贡国家实验室进行的一项研究表明,与使用常规空气的燃烧相比,富氧燃烧中的NOx气体减少了50%。富氧燃烧产生的颗粒物CCS可以用静电除尘器去除。 

CCS 可以降低碳的社会成本

    碳的社会成本是每年向大气排放一公吨二氧化碳所导致的气候变化对社会的估计成本和收益的美元价值。额外二氧化碳排放的社会成本示例可能是飓风造成的破坏和对人类健康的不利影响。一个好处可能是提高农业部门的整体生产力。通过直接从源头去除二氧化碳,可以减少对社会的净损害。

CCS的缺点

    即使使用CCS来帮助减少排放到大气中的二氧化碳量具有优势,但仍有一些与实施该技术相关的问题需要解决。

CCS 成本高

     为了给现有的工业和发电厂配备CCS技术,如果不提供补贴,生产产品的成本必然会增加。犹他大学研究人员的一份报告援引估计,为了支付CCS技术的实施费用,电力成本将增加50%至80%。目前,大多数地方都没有监管驱动因素来激励或要求使用CCS,因此分离CO2、建设基础设施以运输和储存CO2的设备和材料成本可能高得令人望而却步。 

使用 CCS 采油可能无法实现其目的

    EPA 估计,并非所有国家都有足够的二氧化碳储存能力来正确实施CCS。据哈利法科技大学的研究人员称,计算不同存储地点的确切容量是困难的。这意味着全世界的二氧化碳储存量是不确定的。麻省理工学院的科学家估计,美国的二氧化碳储存能力至少在未来100年内是足够的,但除此之外的任何时间框架都存在不确定性。

二氧化碳运输和储存地点可能很危险

    虽然二氧化碳运输过程中的事故率相对较低,但危险泄漏的可能性仍然存在。根据政府间气候变化专门委员会的说法,如果二氧化碳从管道中泄漏,环境空气中7%到10%的浓度可能会对人类生命构成直接威胁。 

    地下储存场所的泄漏也是可能的。如果注射部位突然发生二氧化碳泄漏,可能会危及周围人和动物的健康。岩层裂缝或注入井的逐渐泄漏有可能污染储存地点周围区域的土壤和地下水。由二氧化碳注入引发的地震事件也可能扰乱储存地点附近的区域。   

公众对在他们附近放置二氧化碳的看法

    从CCS中储存碳存在一些不为公众所接受的感知风险。CCS技术的大规模实施将需要一个储存二氧化碳的地方。

    根据俄罗斯圣彼得堡矿业大学科学家的一项研究,世界大部分地区的公众对CCS的认识都很低。然而,当人们确实了解CCS及其含义时,他们往往对它持中立或积极的看法,直到谈到碳储存地点。负面的效应通常比公众对CCS的积极看法更强烈。人们倾向于拒绝在他们附近建造像CCS这样的大型项目,因为他们认为对健康和生活方式有风险,或者觉得项目在他们附近而不是在其他地方是不公平的。


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