碳捕获——现实的解决方案还是昂贵的迂回路线

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Julia Salovaara
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环境和公众健康保护
工业测量
创新与灵感
可持续性

最初发表于“千年技术奖”博客,2024 年 5 月

目前全球基础设施都是围绕化石燃料而建的。我们不可能在一夜之间停止使用石油和天然气 — 我们的日常生活仍然依赖它们,而且该行业在全球雇用近 1200 万名工人。虽然摆脱石化至关重要,但短期内还需要采取额外措施,而碳捕获被认为是一种主要解决方案。这包括储存二氧化碳的方法 (CCS)、使用二氧化碳的方法 (CCU),或者两者兼有的方法 (CCUS)。

 

气候危机——我们能(及时)解决它吗? 

去年在迪拜举行的 COP28 会议标志着首次“全球盘点”的结束,结果显示在温室气体 (GHG) 排放、气候适应力以及对脆弱国家的财政/技术支持等所有领域的进展都过于缓慢。各国作出了如何加快各领域行动的决定。除了到 2030 年将可再生能源增加两倍、能源效率翻番之外,该计划还呼吁各国政府加快摆脱对化石燃料的依赖。 

脱碳和摆脱石化显然是关键目标,但只有与 2015 年《巴黎协定》的 1.5°C 目标保持一致才有意义。 

必须认识到,各国的温室气体减排承诺都是自愿的,如果这些承诺被视为成本,许多国家就会遭遇阻力。这强调了工业发挥其作用的必要性。这也是为什么维萨拉最近将企业宗旨更新为:竭尽全力,保护地球。 维萨拉 CEO Kai Öistämö 解释说:“在应对气候变化的征程中,维萨拉致力于提供高度可靠的测量数据,助力全球的国家/地区和行业在理解、缓解和应对变化时作出更明智的决策。”  

用史蒂夫·乔布斯的话来说:“那些疯狂到认为自己可以改变世界的人,才是真正改变世界的人。” 

可以用清洁和可再生能源取代化石燃料,通过改变工艺和防止甲烷泄漏可以减少温室气体排放,并且可以从仍然产生二氧化碳的工艺的排放中捕获碳。即使是难以处理的残留排放也可以通过多种碳去除策略(包括自然的和技术的)来解决,其中许多策略目前已经可用。 

 

改善气候——我们负担得起吗? 

不采取行动应对气候问题的代价远远超过采取行动付出的成本。2022 年,德勤研究显示,如果不采取行动,到 2070 年世界经济将损失 178 万亿美元,但通过加速向净零转型,全球经济可以在未来五十年内获得 43 万亿美元收益。   

碳捕获将在不久的将来快速增长,预计到 2035 年将达到每年 4.2 亿公吨。这主要受到全球政策支持的推动,例如提供税收抵免的美国通胀削减法案。然而,麦肯锡的《2023 年全球能源展望:CCUS 前景》显示,为了实现宣布的净零目标,到 2050 年,全球每年平均需要投资约 1200 亿美元,但截至 2023 年,仅拨出了所需资金的四分之一左右。   

 

碳捕获在减排工具箱中的作用 

我们已经到了必须竭尽全力来限制全球变暖的地步。CCUS 技术已经存在,但关键是要扩大其规模。CCUS 代表一种过渡路线,它可以为我们赢得一些宝贵的时间,同时使整个经济摆脱化石时代的束缚。 

 国际能源署 (IEA) 称,CCUS 在帮助解决现有基础设施排放问题方面发挥着战略作用,并为难以摆脱化石能源的行业提供了解决方案。CCUS 还可以作为低碳氢生产的途径,并通过直接空气碳捕获+储存 (DACCS) 从大气中去除现有的碳。

石油和天然气行业可能热衷于研究和投资碳捕获,因为它提供了延长“石油时代”的潜在机会,但点源碳捕获本质上是一种“末端治理”解决方案,因此,最好一开始就不产生二氧化碳,这在经济上更可行。 

IPCC 第六次评估报告研究了可将升温限制在 1.5°C 以内的缓解情形。 报告发现,在任何情况下,CCUS 都无法允许继续以目前的水平使用化石燃料。研究进一步表明,到 2050 年,实现净零排放所需的减排量中约 6% 可能来自 CCUS。  

 

现实世界中的碳捕获 

CO2 测量仪器广泛应用于各种各样的碳捕获应用,其中准确性和长期可靠性是首要考虑因素。 

芬兰 Carbonaide 公司正在通过一种新颖的工艺连续测量混凝土的二氧化碳封存量,这在碳足迹较大的行业中具有巨大潜力。  最终产品矿化二氧化碳可以替代部分水泥成分并提高混凝土质量,这是 CCUS 的典型例子。连续监测还能验证二氧化碳封存的效果。 

另一个例子是荷兰瓦赫宁根大学及研究中心,十多年来,他们一直利用研究中心温室中的二氧化碳传感器来帮助荷兰温室经营者与该国的工业部门合作,充分利用二氧化碳副产品。     

 

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The Amager Bakke facility & CopenHill center

研究人员已经建立一家试验工厂,用于去除阿迈厄尔巴克垃圾焚烧发电厂焚化炉排放出的二氧化碳,该发电厂是北欧最大的热电联产 (CHP) 工厂之一。图片来源:Hufton&Crow / ARC

垃圾焚烧是一种流行的垃圾处理和发电方式。然而,混合多变的化石和生物成分的燃料的燃烧带来了监测方面的挑战。这是因为烟气中的生物二氧化碳需要与化石二氧化碳区分开来,因为燃烧废木材比燃烧塑料袋更具可持续性。 

垃圾焚烧也会产生大量温室气体,因此碳捕获是必要的。例如,丹麦技术大学 (DTU) 的研究人员与哥本哈根的阿迈厄尔巴克垃圾焚烧发电厂合作开发了一种工艺,可以捕获排放中的二氧化碳。 该项目使用各种二氧化碳探头来测量碳捕获效率,以证明该过程的有效性。 

一旦捕获,就有针对二氧化碳的多种选择,包括使用和储存。二氧化碳可用于食品生产、温室和工业过程 — 包括有待创新的全新产品。它还可以被储存在地下,用于建筑材料甚至道路 — 有一天,这可能不只是通往罗马的路,还是通往巴黎的路,并实现 1.5°C 的目标。  

 

展望未来

全球都有应对气候变化的政治意愿,而且有令人鼓舞的迹象表明各国政府愿意并能够加大国家贡献。但时间紧迫。欧盟哥白尼气候变化服务中心近日宣布,2023 年全球平均气温创下历史最高纪录,比工业化前平均气温高出 1.52℃。 

碳捕获看起来将在应对气候变化中发挥重要作用,但它需要在经济性和规模性上得到证明。这也使测量和监测成为这些技术的核心。 

工业需要把可持续性放在核心位置。更加严格的监管是不可避免的,通过立即采取行动,企业可以为未来的活动提供保障。数字胜于言语,测量技术帮助世界了解气候变化并促使企业和国家采取正确的行动。没有数据,一切都只是猜测。 

最后,引用一句被广泛认为是美洲原住民的话:我们应该记住,我们不是从祖先那里继承了地球,而是从我们的子孙后代那里借来的。 

 

 

维萨拉是千年技术奖的合作伙伴之一。