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        23|碳中和需求技術(shù)之固碳端技術(shù)需求
        2024-05-13

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        “從現階段看,只有生態(tài)固碳才可兼顧經(jīng)濟效益和社會(huì )效益?!?/strong>

        提起固碳,我們首先想到的是自然過(guò)程,即通過(guò)海洋和陸地表面把大氣中的二氧化碳吸收固定。但這里必須指出,人類(lèi)活動(dòng)每年都向大氣中排放二氧化碳,這其中的一部分可以被自然過(guò)程所吸收,余下部分如不通過(guò)人為手段予以固定,則大氣中的二氧化碳濃度還會(huì )逐年增高。所以我們講固碳,主要是指通過(guò)人為努力固定下的那部分,而地球自然固碳過(guò)程則屬于“天幫忙”,很難歸功于具體的國家或實(shí)體?!叭伺Α边M(jìn)行固碳一般可分兩大途徑,

        一是生態(tài)系統的保育與修復,二是把二氧化碳捕集起來(lái)后,或加工成工業(yè)產(chǎn)品,或封埋于地下或海底,這第二方面就是經(jīng)常談到的“碳捕獲、利用封存”。



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        公眾對生態(tài)系統固碳都比較熟悉,它是利用植物光合作用吸收大氣中的二氧化碳,所吸收的碳有一部分長(cháng)久保存在植物本身之中(比如樹(shù)干),也會(huì )有一部分凋落后(比如樹(shù)葉)腐爛進(jìn)入土壤中以有機碳的形式得到較為長(cháng)期的保存,當然有機碳也會(huì )部分轉化成無(wú)機碳并同地表系統中的鈣離子結合形成石灰石沉積。

        地表生態(tài)系統盡管類(lèi)型多樣,但真正起主要作用的還是森林生態(tài)系統,這是因為森林中的各種樹(shù)木都有很長(cháng)的生長(cháng)期,在樹(shù)木適齡期內,固碳作用可持續進(jìn)行;當樹(shù)木進(jìn)入成熟期,固碳能力就會(huì )減弱,但人們可以通過(guò)砍伐—再造林的方式繼續保持正向固碳作用,而砍伐的木材可以做成家具等產(chǎn)品,不至于把多年來(lái)固定的碳快速返還給大氣。


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        因此,生態(tài)系統固碳的重點(diǎn)在于森林生態(tài)系統,森林生態(tài)系統的管理一在于保育,二在于擴大面積。我國有大量適宜森林生長(cháng)的山地,這些地區過(guò)去生態(tài)受到過(guò)較大程度的破壞,最近幾十年來(lái),一直處在恢復之中,而這些人工次生林或喬/灌混雜林都很“年輕”,有進(jìn)一步發(fā)育、固碳的潛力。同時(shí),我國又有不少非農用地可作造林之用,包括近海的灘涂種植紅樹(shù)林,城市鄉村的綠化用地種植樹(shù)木。所以說(shuō),生態(tài)系統建設在我國實(shí)現碳中和過(guò)程中將起到至關(guān)重要的作用。人為固碳的另一條途徑是CCUS,它包括碳捕集技術(shù)、捕集后的工業(yè)化利用技術(shù)(分為生物利用和化工利用兩大類(lèi))、地質(zhì)利用和封存技術(shù)。對這些技術(shù),國內外尚處在研發(fā)階段,真正大面積的應用尚未見(jiàn)到。碳捕集技術(shù)分三大類(lèi)。

        一是化學(xué)吸收法,它用化學(xué)吸收劑同煙道氣中的二氧化碳生成鹽類(lèi),再加熱或減壓將二氧化碳釋放并收集。

        二是吸附法,又細分為化學(xué)吸附法和物理吸附法?;瘜W(xué)吸附法是用吸附材料同二氧化碳分子先作化學(xué)鍵合,再改變條件把二氧化碳分子解吸附并收集;物理吸附法是利用活性炭、天然沸石、分子篩、硅膠等對煙道氣中的二氧化碳作選擇性吸附后再解吸附回收。

        三是膜分離法,即利用膜對氣體分子透過(guò)率的不同,達到分離、收集二氧化碳之目的。在具體操作上,碳捕集還可分為燃燒前捕集、燃燒后捕集、化學(xué)鏈燃燒捕集、生物質(zhì)能碳捕集、從空氣中直接捕集等技術(shù)。


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        碳捕集后的工業(yè)化生物利用技術(shù)目前主要有四大類(lèi)

        一是利用二氧化碳在反應器中生產(chǎn)微藻,這些微藻再用作生產(chǎn)燃料、肥料、飼料、化學(xué)品的原料。

        二是將捕集到的二氧化碳注入溫室中,用以增加溫室中作物的光合作用,這個(gè)過(guò)程又可稱(chēng)為二氧化碳施肥。

        三是把二氧化碳同微生物發(fā)酵過(guò)程相結合,生成有機酸。

        四是把二氧化碳用于合成人工淀粉。

        碳捕集后的工業(yè)化化工利用又分兩大類(lèi)技術(shù)途徑

        一大類(lèi)是把二氧化碳中的四價(jià)態(tài)碳還原后加甲烷、氫氣等氣體,再整合成甲醇、烯烴、成品油等產(chǎn)品。

        另一大類(lèi)為非還原技術(shù),有二氧化碳加氨氣后制成尿素、加苯酚后合成水楊酸、加甲醇后合成有機酸酯等技術(shù),也有合成可降解聚合物材料、各類(lèi)聚酯材料等技術(shù)。

        地質(zhì)利用技術(shù)也有很多類(lèi)型,這些技術(shù)有的已在工業(yè)化示范中,有的尚停留在實(shí)驗室探索階段。

        比如利用收集起來(lái)的二氧化碳驅油、驅煤層氣、驅天然氣、驅頁(yè)巖氣等,這屬于油氣開(kāi)采領(lǐng)域的應用,這類(lèi)技術(shù)的一個(gè)共性是通過(guò)生產(chǎn)性鉆孔把超臨界的二氧化碳壓到地層中,利用它驅動(dòng)孔隙、裂隙中的油、氣流出開(kāi)采性鉆孔,達到油氣增產(chǎn)或增加油氣采收率的目的,與此同時(shí),二氧化碳則滯留在孔隙、裂隙中得以長(cháng)期封存。該類(lèi)技術(shù)國內外已有工業(yè)應用示范。

        而另一些技術(shù)則在探索過(guò)程中,比如用于開(kāi)采干熱巖中的地熱。干熱巖埋深在數千米,其內部基本沒(méi)有流體存在,溫度在180℃以上,開(kāi)采干熱巖中的熱能需要打生產(chǎn)井并用壓裂手段使巖石增加裂隙,然后在生產(chǎn)井中注入工作介質(zhì),讓其流動(dòng)并采集熱量,最后從開(kāi)采井中收集熱量。一些研究表明:用二氧化碳作為工作介質(zhì),既起到開(kāi)采干熱巖熱量的作用,又可把部分二氧化碳封存于地下。

        地質(zhì)封存技術(shù)則是把二氧化碳收集后直接通過(guò)鉆孔注入地下深處或灌入深部海水中。這里要特別指出:深海對二氧化碳的溶解保存能力是巨大的??傊?,固碳的技術(shù)有多種,但這些技術(shù)不可避免地需要額外能量加入,因此有可能把最終產(chǎn)品的成本提高一大塊。至于地質(zhì)封存,盡管理論和實(shí)踐上可行,但它似有“空轉”之嫌。從現階段看,只有生態(tài)固態(tài)才可兼顧經(jīng)濟效益和社會(huì )效益。


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