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摘 要：CCS技术使用化学溶液等从工厂和发电厂的废气中回收CO2，并将其埋入地下的稳定地层，其基本技术已在各个行业中确立，目前各国的工程公司都在竞相进行降本的技术开发以实现商业化。
关键字：CCS技术、CO2捕集封存、碳中和、强化采油（EOR）、DAC技术、生物质CCS
北欧最大石油公司Equinor（挪威）以CO2海上运输和海底封存的商业化为目标。“有技术，也有客户，剩下的就是如何将其商业化。”——在日本环境省3月11日举行的研讨会上，该公司低碳解决方案部门的佩尔·桑贝格先生如是说道。
CCS技术使用化学溶液等从工厂和发电厂的废气中回收CO2，并将其埋入地下的稳定地层。据说，当通过水井将二氧化碳输送到地下数千米的含水层时，二氧化碳会渗透到地下水中并被稳定地捕集封存。正如桑贝格先生所说，其基本技术已在各个行业中确立。现在，各国的工程公司都在竞相进行降本的技术开发以实现商业化。关键是要减少捕集二氧化碳所需的能源消耗，并提高监控效率以控制封存区域的稳定性。
挪威正在开发的“北极光”项目中使用的船舶示意图（图片来自网络）
该项目被称为“北极光”，是北欧最大的商业CCS。其目标是从位于北欧沿岸的钢铁、水泥等工厂、炼油厂、火力发电厂等的废气中回收的CO2收集到周边船只装载的储罐中，然后将其压入海底2600米的含水层中，并将这一项目商业化。
除该公司外，荷兰皇家壳牌公司和法国道达尔公司也进行了投资。此外，挪威政府已投资16亿欧元（约125亿人民币），占项目总投资的80％。
从2024年起，该项目将开始每年封存150万吨CO2，如果与客户签订的合同数量增加，则将相应地扩大封存量。预计拥有船舶可以靠岸的专用港口的工厂和发电厂等350家公司将成为潜在客户，这些公司的二氧化碳总排放量达3亿吨。
其中，60家公司正在考虑利用该项目进行CO2封存，12家公司正在讨论合同，以期在2021年内签订第一份合同。此外该项目还与美国微软等公司签署了谅解备忘录（MOU）。微软在提供监测该项目的数字技术的同时，也在考虑通过封存来抵消二氧化碳的排放。
桑贝格先生指出：“虽然无法透露正在谈判的运输和封存价格，但是希望到2030年将其降低至每吨30-55欧元（约235-431人民币）”。在欧洲，大规模CCS项目将于3年后全面启动。
CCS是日本等2050年实现碳中和（温室气体净零排放）目标的不可或缺的技术。近年来，有效利用回收的CO2作为燃料和产品的原料而非将其简单存储的技术开发逐渐成熟。根据国际能源署（IEA）的数据，二氧化碳的捕集、利用与封存（CCUS）技术将为未来每年减少69亿吨的二氧化碳排放作出贡献。2050年之后，也将有助于抵消必要排放的二氧化碳，其抵消作用将占2070年为止的累积二氧化碳减排量的15％。
日本于2020年12月发表的“绿色增长战略”中，宣布到2050年通过核能发电和CCS火力发电来削减30-40%的电力部门的二氧化碳排放，此外，还将减少钢铁和水泥等工业制造过程中的二氧化碳排放。
目前全球有21个大规模CCS项目，其中大部分是回收天然气精炼和氨制造过程中排放的二氧化碳。由于回收成本已经转移到了天然气和氨的价格上，因此可以抑制额外的成本。此外，CO2也可用于“强化采油（EOR）”，可降低埋入油田时留在油层中的原油的粘度，使其更易于收集。尤其是在产油国，创造超出CO2捕集与封存成本的利润将成为业务的主流。。
但是，在将来，为了使该技术应用于难以转移成本和增加利润的CO2排放源，降低成本必不可少。
根据日本经济产业省的数据，目前日本国内CCS实证项目的CO2回收成本约为每吨5300-7900日元（约319-475人民币）。将回收的CO2输送到地下井的运输费用约为800日元（约48人民币），压入地下含水层的费用约为2300日元（约138人民币）（包括压入后的监测），整个CCS链的成本约为8400-11,000日元（约506-662人民币）。
在这种情况下，使用CCS的燃煤发电的发电成本为16-18日元（约0.96-1.08人民币）/kWh。为了使成本可与太阳能发电竞争，必须将CCS链的总体成本控制在每吨2000-4000日元（约120-241人民币）。
日本也在通过示范实验推进降低成本的技术开发。东芝能源系统公司（ES）受日本环境省委托，于2020年10月开始运行捕集福冈县生物质发电厂排放的二氧化碳的实证设备。
在集团公司Sigma Power Ariake所有的5万kW级的三川发电站，回收500吨以上的二氧化碳，相当于日排放量的50％。这也是世界上第一个利用可再生能源生物质发电来回收二氧化碳的BECCS（CCS生物质能发电）。
为了仅从废气中回收CO2，使用被称为胺吸收液的化学溶液。利用胺在低温下吸收CO2并在高温下释放的特性。
从锅炉废气中除去氮氧化物（NOx）和硫氧化物（SOx）后，将二氧化碳、氮和氢的混合气体放入称为“吸收塔”的罐中。塔内注入的吸收液只吸收气体中的CO2。在热交换器中加热后，吸收液在“再生塔”中进一步加热以释放CO2，冷却后返回吸收塔。
减少用于加热和冷却该吸收液的能耗可以有效降低CCS的成本。以东芝ES为首，拥有回收技术的工程公司为了抑制加热的能耗，将围绕较低的温度下释放CO2的吸收液展开开发竞争。
此外，使用了为发电厂涡轮机提供动力的部分蒸汽进行加热和冷却。废气在工厂内的输送也使用发电厂产生的电力。原本用于提高发电效率的热量和售出电力将用于二氧化碳捕集，从而导致发电厂的收入减少。为了避免这种情况，有效利用热能和电力的工厂设计也可以降低成本。
此外，钢铁制造商等正在开发使用分离膜和沸石等CO2吸收材料而不使用化学溶液的CO2分离与回收技术。日本政府计划通过这些技术开发将二氧化碳回收成本控制在每吨1500-2000日元（约90-120人民币）。
从2016年开始，在北海道苫小牧市太平洋沿岸的炼油厂附近，开始了从CO2回收到封存的实证，并在3年零8个月内封存了约30万吨的二氧化碳。该项目由能源和钢铁等35家公司出资的日本CCS调查（东京都千代田区）展开，是日本新能源产业技术综合开发机构（NEDO）的委托项目。
该项目购买出光兴产的北海道炼油厂在炼油过程中产生的含有二氧化碳的气体，用管道将其送往邻近的实证试验中心的CO2回收设备，使用吸收液回收CO2，然后通过管道将其运输到地下储井中。当处于液体和气体中间的超临界状态的高压CO2从井口注入时，其将被吸入地下砂状含水层中。
苫小牧项目中使用了两口井，一口井深1200米，另一口井深3000米。从实证中心所在地，以二氧化碳易于溶解的含水层为目标，向海底方向对角挖掘。为了降低项目的初始成本，需要采用先进技术将井准确地钻入含水层。
降低封存成本的另一个课题是在封存后对地层和区域环境影响的监测的高效化。日本CCS调查使用多个地震传感器将井围起来，监测振动、温度、压力的变化。该公司在项目结束后，在网站和苫小牧市政府设置的公告板上完整公开了振动等信息。
在全球CCS项目中，预计不会造成因CO2泄漏导致的环境影响，也尚未发现与地震存在关系。但是，在CCS项目中，CO2泄漏、对地层和海洋的影响以及是否与地震有关等都是当地居民不安的根源。因此，需要进行细致的交流和信息公开。
可以说，今后，监测设备和技术的发展，例如具有更高功能的传感器等将会进一步降低成本。
日本的“绿色增长战略”同时表明了使用称为“DAC（大气直接捕集）”技术的方针。DAC技术回收存在于大气中的常温常压的低浓度CO2。与其从工厂回收存在于高温高压废气中的高浓度CO2，不如想出一种提高效率的方法。
瑞士的Climbworks公司正在开发商业化DAC。利用胺等吸收、吸附CO2的材料开发可分离废气和CO2的独创膜。利用垃圾焚烧厂的废热，每年可回收1500吨大气中的CO2。成本为每吨600-800美元（约3972-5296人民币），计划未来将其降至100美元。该公司还出售回收的二氧化碳。瑞士可口可乐HBC利用碳酸汽水，向消费者展示其对气候变化对策的贡献。
最终，发电厂将通过利用可再生能源和核能实现二氧化碳零排放。此外，技术创新也将减少工厂的二氧化碳排放。如此一来，可以考虑将回收大气中CO2的DAC技术作为主流，取代针对大规模CO2排放源的CCS技术。开展CCS技术和业务开发的公司也需要立足CO2排放源，制定长期脱碳战略。
翻译：李释云
审校：李涵、贾陆叶
统稿：李淑珊
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