陈新华:分清碳的双重身份,走中国特色的碳中和之路

选择字号:   本文共阅读 250 次 更新时间:2021-04-05 22:48:01

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陈新华  

   许多人将CO2驱油认为是封存的一种,但驱油和封存存在巨大差异。驱油是一个短期过程,往往是几年,最长也不过40年,而封存的时间维度是几千年。驱油项目所用的CO2大约有三分之二会回到地表,但封存项目要求将100%的CO2永久地封存在地下。每年逸散1%的CO2对驱油项目无关紧要,但对封存来说是完全不合格的。封存有更高要求,需要更多监测。

   大规模地质封存在商业模式、法律责任、生态影响、公共接受度方面都存在巨大挑战,无论对于全球还是中国的减排需求,都远水不解近渴。

   国际专利文献检索发现,自2016年开始,国际社会已经将CO2处置的重点从封存转移到利用上,即CCU,将捕获到的CO2转换成有规模化市场需求的燃料、化工产品或建筑材料。一方面通过现有的基础设施有效减少碳增量排放,另一方面以多种高附加值的碳利用形式替代高成本的碳封存,实现高排放产业的循环经济,并为未来以产品的方式进行封存打下基础。在这方面,国内外有很多机构都在研究示范,并已经有了一些突破性的进展。

   2020年6月,美国能源部决定投入1700万美元的联邦资金,用于碳利用研发计划的11个项目。这些项目重点研发和测试将电力系统或其他工业排放的CO2作为主要原料的创新技术,旨在减少排放,并将CO2转化为增值产品。项目覆盖四个重点领域:有机增值产品的合成,无机固体碳制品生产,藻类捕集CO2,无机材料的生产-最大限度利用混凝土和水泥。

   今年3月22日,日本东芝宣布开发出全球最高效的CO2电催化技术,比之前技术处理的速度提高了60倍。该技术利用底面积为信封大小的机器(底面积约300平方厘米,高23厘米),每年最多可将1吨CO2转化成一氧化碳,然后再加氢合成为燃料或化工原料。东芝计划2025年推出试制品。

   在国内,多个研究团队在CO2转换利用方面做出了令人瞩目的成绩。中海油于2020年9月实现了年产500吨的CO2加氢制甲醇试点项目。中科院大连化物所李灿院士的团队也在兰州建成了千吨级“液态太阳燃料合成示范项目”,并于2020年10月通过了评审。

   最让人振奋的是北京光合新能科技有限公司的等离激元技术。该技术利用电厂余热或太阳能光热,在常温常压下低成本地将CO2合成为清洁燃料,目前已经完成了实验室小试而进入了中等规模工业示范的阶段。在CO2的转换率、废热到合成产品的能量转换效率、成本竞争力等方面都取得了很好的效果,有望很快就可以商业化推广。

   此外,中国工程院院士、四川大学校长谢和平团队于2014年就已经在实验室成功完成了CO2矿化发电并生产碳酸盐的实验,据他们测算,每吨CO2能够产出140度电,同时产出1.91吨碳酸氢钠。

   这些把CO2从减排负担变成高价值资源的技术,可以满足提供能量与化工原材料的双重功能,如能成熟且大规模利用,或将开创一个全新的碳中和技术范式。

   人病了,可以选择中医调理或者西医手术。地球病了,在基于西医的对抗式封存大行其道且面临困境时,何不努力开发基于中医疏通调理思路,通过转换利用的中国方案呢?

   或许您会说,燃料燃烧以后CO2还会回到空中,碳转换和利用解决不了碳总量降低的问题。是的,但如果有了高效率低成本大的CO2转换成产品的技术,我们可以先对高浓度的CO2进行转换利用,不再燃烧化石能源,实现增量减排。第二步再从空气中捕集并转换利用,实现CO2的循环利用,在满足能源需求的过程中不再往大气排放CO2,这样就可与可再生能源取得同样的效果。第三步才从空气中捕获并转换成可以封存的产品,实现地球降温减排。封存CO2转换的产品要比CO2地质封存要简单得多。

   这里的核心思想是以渐进而非冒进的方法来解决问题,不追求在今天就做出完美解决方案,而是让今天的不完美为未来技术进步留下空间。这样可以动态制定各行各业的碳中和技术路径,让未来的技术在今天的碳中和解决方案中扮演自己的角色,并建立相应的体制机制和商业模式。

   科学理性的碳中和之路

   在低碳转型实践上,欧美国家有着非常丰富的经验,值得我们学习与借鉴。但在本文探讨的两大核心问题上,我们要保持清醒的头脑,走科学理性、符合自己国情且富有中国特色的碳中和之路。

   首先,应该将碳中和问题聚焦于CO2的过量排放上。正确理解碳元素对于人类社会生存与发展的重要性,以及碳和CO2的关系,围绕CO2的过量排放来寻找气候变化问题的解决方案。

   其次,应该以科学的态度与方法研究CO2过量排放问题的系统性解决方案,方案需要包括循环和资源化利用的“顺治”,而不是简单粗暴、事倍功半地封存的“逆治”。任何垃圾都是放错了位置的有用资产,CO2也是如此。解决CO2问题在于中医全面系统性调理,而不是西医的头痛医头,脚痛治脚。

   第三,碳中和不应以牺牲经济的合理发展和老百姓的生活福祉为代价。按照中央财经委员会的要求,“以系统观念推进碳中和的工作,处理好减污降碳和能源安全、产业链供应链安全、粮食安全、群众正常生活的关系”,避免碳系统与能源系统之间,能源系统与经济系统之间的顾此失彼。

   鉴于能源系统具有提供能源产品与化工原材料的双重功能,能源系统需要考虑的不只是能量,还有物料。未来的能源系统肯定是以电力为核心,但全面电气化的能源系统无法提供人类社会需要的碳基原材料。在能量去碳化的进程中,需要考虑如何满足碳基物料的需求和相关产业链、供应链的安全。

   第四,采取渐进而不是冒进的方法来解决问题。在碳中和问题上,我们可以借鉴欧洲很多好的做法,但不能仿效部分欧洲机构否定所有化石能源,避免逢碳必反,急躁冒进。

  

   作者为北京国际能源专家俱乐部总裁,国际能源署前署长特别助理,联合国气候变化第三次缔约方会议参与者,曾在多家欧洲大型跨国能源企业担任高管。

  

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