清潔煤技術(shù)

在美國，布什總統(tǒng)最近也宣布了一攬子總投資為20億美元的清潔煤技術(shù)研發(fā)項目?！熬G色未來”就是其中之一。該項目計劃總投入為10億美元，由政府和企業(yè)共同合作完成，目標是建成世界上最大的零排放化石燃料工廠。這一計劃將在未來3年內(nèi)完成。

在所有的碳捕獲技術(shù)中包括一項煤的氣化技術(shù)。該技術(shù)利用蒸氣和氧氣把煤轉(zhuǎn)化為一種合成氣體，其主要成份是氫。然后利用合成氣體發(fā)電。這種氣體的發(fā)熱量高，而且比煤更清潔，是一種更為高效的能源。它排放的二氧化碳濃度也比直接燃煤產(chǎn)生的二氧化碳高，因此比較容易捕獲。收集的二氧化碳將被注下深層地下鹽池或是不能開采的煤層隙縫中，還可以直接泵到油氣田的底層，利用壓力提升油氣水平。因此，這一工程得到了很多支持，被認為是一種可以清潔利用煤的很好方法。

然而，“綠色未來”項目真正能夠?qū)嶋H運用尚需時日。這期間由于煤的價格低，而且比油、天然氣的存儲量大，煤的開采和使用量在變綠之前還會大幅上升。據(jù)世界能源組織預測，到2020年，全世界煤的使用量還將上升43%。而石油和天然氣預計40年和60年后將開采殆盡，在這一背景下，清潔煤技術(shù)的研發(fā)就顯得更有意義。

清潔煤技術(shù)：藏在深閨人不識

2005年2月，旨在限定全球溫室氣體排量的《京都議定書》正式生效，該條約的簽署國已經(jīng)達到140個。盡管美國是溫室氣體排放量最大的國家，但它提出將“按照自己的方式解決排放限制問題”，拒絕加入該條約。

2003年2月，美國政府宣布將實施一項名為“未來發(fā)電”的計劃。該計劃由美國能源部、私人投資者和國際組織共同投資10億美元，在5年內(nèi)完成設(shè)計和建造一座煤基零排放電-氫發(fā)電廠。這種發(fā)電廠的溫室氣體排放量可以達到“零排放”的水平，即使是排放出了二氧化碳氣體，也可以通過技術(shù)手段將其“存儲”于地下。

顯然，這是一項面向未來的重要計劃。然而，科學家指出：利用現(xiàn)有的技術(shù)能否解決當務之急呢？答案是肯定的。

今年，美國最大的燃煤電力公司（AEP）已經(jīng)選好廠址，計劃建造一座新型超凈潔發(fā)電廠，即集成氣化綜合循環(huán)（IGCC）發(fā)電廠。人們往往把IGCC看作是“新技術(shù)”，但其實它是由兩種著名的現(xiàn)有實用技術(shù)集合而成，而這兩種技術(shù)都可以用來實現(xiàn)“未來發(fā)電”計劃的最終目標。

第一種煤炭氣化技術(shù)。在嚴格控制溫度和壓力的條件下部分燃燒煤，使其變?yōu)橹饕怯梢谎趸己蜌錃饨M成的濃縮合成氣體，其中的雜質(zhì)如二氧化硫等都很容易被除去。第二種技術(shù)是“循環(huán)”，這種技術(shù)已經(jīng)在天然氣發(fā)電廠得到普遍采用，渦輪的驅(qū)動力來自于天然氣流和廢熱所產(chǎn)生的氣流。最為重要的是，相比之下，從氣流中捕獲二氧化碳比從傳統(tǒng)發(fā)電廠的煙囪中捕獲二氧化碳要容易實現(xiàn)得多。

IGCC發(fā)電技術(shù)比當今普遍采用的燃煤發(fā)電技術(shù)先進很多。APE電力部門執(zhí)行副董事長羅伯特·鮑威爾斯說：“我們已經(jīng)對這種技術(shù)進行了深入的研究。人類從上世紀初已經(jīng)開始使用煤炭氣化技術(shù)，這種技術(shù)在石油化學工業(yè)和石油冶煉工業(yè)已經(jīng)使用了很多年。此外，我們現(xiàn)在就擁有自己的循環(huán)燃燒發(fā)電廠。因此，上述兩種技術(shù)都是成熟的和先進的。”

除了APE之外，美國國內(nèi)和其他國家的大型能源公司對煤炭液化技術(shù)也十分重視。美國賓西法尼亞州的一個工業(yè)財團正計劃建造一個工廠，從南非能源業(yè)巨人——薩索爾集團引進煤炭液化技術(shù)，工廠的設(shè)計產(chǎn)量為每天生產(chǎn)5000桶煤炭液化油。皮博迪能源公司也正在計劃在伊利諾斯州建一個工廠，利用煤來生產(chǎn)天然氣。在美國之外，一些能源公司正在計劃建造“純氧燃燒”工廠，主要使用純凈氧氣來燃燒煤，以更易于捕獲濃縮的二氧化碳。

APE預計，擬建的IGCC發(fā)電廠總投資將比傳統(tǒng)發(fā)電廠高15%—20%。但是，一旦聯(lián)邦政府頒布實施限制二氧化碳排量的有關(guān)措施，這些投資就可以很快回收。由于發(fā)電廠一般都位于開闊地帶，有足夠的空間可以存儲發(fā)電廠排放出來的二氧化碳，而在這種背景下就可以將這些存儲的二氧化碳銷售給其他公司，以賺取利潤。據(jù)估算，IGCC發(fā)電廠的收益將比傳統(tǒng)的發(fā)電廠高出50%，前者的效率也高于后者，在形成一定規(guī)模時其成本還將會進一步下降，同時，隨著設(shè)計水平和所用材料的改進其效率也將會進一步提高。此外，由于捕獲得的二氧化碳可以被注入油田以提高石油產(chǎn)量，其廢棄物的市場前景也將逐步看好。

顯然，IGCC是一種成熟技術(shù)，所能帶來的益處也是顯著的，并且可以降低二氧化碳的排放。那么，為什么這種先進的技術(shù)不能夠被廣泛地采用呢？

霍華德·赫爾州戈是麻省理工學院的化工專家，他負責管理一個被稱為“碳捕獲專項行動”的工業(yè)財團。赫爾州戈認為：“技術(shù)本身并不是一個限制性因素，關(guān)鍵的因素是經(jīng)濟方面的激勵”，“從技術(shù)的角度來看，我們可以很快實現(xiàn)這一目標。但如果政府不采取鼓勵性政策，在這方面將不會有太大的作為?！?/p>

捕獲碳的最終“命運”：不同的選擇方案

清潔煤技術(shù)關(guān)鍵的步驟是捕獲煤燃燒后釋放的二氧化碳。唯如此，才有可能阻止溫室氣體的排放。而妥善處理或利用那些捕獲的二氧化碳，則成為科學家、世界各大能源公司孜孜不倦地探索的另一個技術(shù)課題。

將二氧化碳注入地表之下已成為當今增加石油開采量的一種常用方法，但其主要目的并不是永久性地儲藏二氧化碳。因此，亟待解決的一個關(guān)鍵問題是：我們能否把二氧化碳安全地存儲在我們想存放的任何地方？

科學家認為，最安全的辦法是將捕獲的二氧化碳永久地存儲于地表之下的某一個地方。主要方案是將二氧化碳“注入”到地表之下并對其進行礦物化后再埋藏。這種方式的潛在威脅是，一旦這些二氧化碳最終通過其他途徑被排放到大氣層中，將會導致全球變暖進一步加劇。

另一個問題是，如果在努力降低二氧化碳排放量的同時，人類依然增加化石燃料的消費量，那么減排的任務將會異常艱巨：這是因為對二氧化碳液化后再存儲的龐大投入，要相當于人類開采原始化石燃料的投入！

美國地質(zhì)學家最近的一項研究成果，給人們提出了這方面的警示。50年前，為了增加石油產(chǎn)量，德克薩斯州一個古油井曾被注滿二氧化碳，并用水泥加固管道。不久前，美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室地質(zhì)學家喬治·古斯瑞獲得了其中一塊加固水泥，發(fā)現(xiàn)其中的一部分已經(jīng)出現(xiàn)了斑點，科學家推斷這是由50年前存儲的二氧化碳和地下水混合后形成的碳酸腐蝕所致。這一結(jié)果提醒人們，海底存儲的二氧化碳可能會對起加固作用的水泥產(chǎn)生腐蝕，利用這種方法存儲的二氧化碳最終仍然有可能會被釋放到大氣層中。果真如此，削減二氧化碳排量所帶來的暫時性好處將會消失殆盡。

然而，多數(shù)人依然對這種方法保持謹慎的樂觀態(tài)度，認為人類已基本掌握了正確處理這一問題的大部分技術(shù)。截至目前，采用這種存儲方法，挪威國家石油公司和達科他煤氣化廠都已分別存儲了2000萬噸二氧化碳；阿爾及利亞的一個天然氣田也存儲了1700萬噸二氧化碳；荷蘭的一個項目則存儲了800萬噸二氧化碳。

聯(lián)合國政府間氣候變遷專家小組估計，采用適當?shù)募夹g(shù)可以將所存儲二氧化碳總量的99%保留100年以上，隨著技術(shù)的進步，這一年限有可能增加到1000年。

除了對二氧化碳捕獲后進行存儲、出售給石油公司，用以增加石油產(chǎn)量之外，另外一種方案是利用二氧化碳生產(chǎn)甲醇，它是比氫氣更實用的燃料。

目前，人類已經(jīng)吹響了向“氫能經(jīng)濟”邁進的號角。但在這個過程中，除了氫氣生產(chǎn)之外，氫氣的輸送和儲藏都需要全新的設(shè)施，并且燃料電池技術(shù)也必須有實質(zhì)性的進展。相比之下，“甲醇經(jīng)濟”則相對容易實現(xiàn)。因為利用二氧化碳和氫氣生產(chǎn)的甲醇是一種液態(tài)能源形式，可以使用目前的設(shè)施來輸送甲醇，并且甲醇經(jīng)過改進后就可以作為汽車燃燒使用。

美國南加州大學洛克爾碳氫研究所所長、諾貝爾化學獎獲得者喬治·奧拉赫教授是“甲醇經(jīng)濟”的積極倡導者，他對此充滿信心。他說：“從以碳為基礎(chǔ)的經(jīng)濟向'氫能經(jīng)濟’過渡是一種美好的設(shè)想，但真正實現(xiàn)這一目標并不容易，而我們擁有大量可以循環(huán)利用的二氧化碳?！?/p>

零碳排放技術(shù)

煤炭的零碳排放技術(shù)又稱為碳捕獲技術(shù)，現(xiàn)在已經(jīng)有很多研究正在進行，以更好地完善這一技術(shù)。為了減少碳的排放，很重要的方法就是捕獲碳，然后將其深埋入地下，而不是排放到大氣中。2006年3月，丹麥的埃斯比約（Esbjerg）建成了世界上第一家碳捕獲（carbon capture）實驗工廠。這一工廠的主要目標是幫助歐盟排少10%的二氧化碳，其中30%是減少傳統(tǒng)電廠的排放。該廠的研究人員努力研發(fā)新的溶劑，以便更好的捕獲碳，將其轉(zhuǎn)化為固體形式。國際能源機構(gòu)溫室氣體項目經(jīng)理哈麗﹒奧杜斯（Harry Audus）說：“這種做法主要是讓二氧化碳通過一種液體溶劑，然后將其壓縮，注入地下。這一研究能夠幫助提高二氧化碳的捕獲率。”他還說，該廠研制的新溶劑和碳捕獲技術(shù)成本會更低?，F(xiàn)在每立法米二氧化碳的碳匯成本是50－60歐元，而該項目有望將成本低到20－30歐元。