碳封存技术“大显神通”：揭秘全球最大“空中吸碳”工厂

自工业革命以后，随着人类活动的增加，特别是化石燃料的不断消耗和森林植被的大量破坏，加速全球变暖的温室气体浓度不断增长。而在目前已发现的40多种温室气体中，二氧化碳则是最令人痛恨的罪魁祸首之一——如果能减少二氧化碳的排放量，或者做到有效清除，气候变暖问题将会得到有效的控制。

近年来，人类也一直在试图挽救这一气候危机。

今年 9 月，一所位于冰岛的二氧化碳净化工厂正式启动。这座名为 Orca 的净化工厂号称世界上最大的“直接空气捕捉”（DAC）装置，每年能够“吃掉”4000吨二氧化碳，并将其变成石头安全地储藏在地下。

值得一提的是，Orca 目前是全球唯一一家使用可再生能源并且能够安全地将碳储存在地下的除碳工厂。要知道，以往的除碳装置一般使用天然气提供能量，并将捕获的二氧化碳直接出售，用于一些产品的制造或石油公司。

据公司负责人所说，Orca 只会排放不到其捕获量10%的二氧化碳，但其建造成本在 1000 万到 1500 万美元之间，包括建设、场地开发和存储等。

这是除碳行业中的一大里程碑，对于实现将地球大气保持在宜居温度的目标至关重要。目前，Orca 已经开放“接单”，只要支付一定报酬，小到个人、大到企业，都可以享受到二氧化碳清除服务。

3 个步骤，吞噬 4000 吨二氧化碳

公开资料显示，Orca 在外形上由 8 个强大而紧凑的集装箱式的大型收集器组成，要想真正“吃掉”空气中的二氧化碳，需要以下 3 个步骤：

首先，需要使用一套由大堆金属“空气过滤器”组成的直接空气捕捉装置，它能够通过风扇从周围空气中“吸入”二氧化碳，然后用化学过滤器将其提取出来，剩余的空气则从另一边排出。一旦过滤器中的二氧化碳饱和，收集器就会关闭，以防止更多的空气进入。

然后，则需要利用与工厂同处一地的地热发电厂提供的能量，对收集器内部以及捕获到的二氧化碳进行加热，这一操作会使二氧化碳从过滤器中释放，并以浓缩形式提取出来。

最后，浓缩的二氧化碳与水结合后，会一同被泵入地下深处，在那里，二氧化碳分子与玄武岩发生反应，并在两年内“变成石头”储存起来，不仅可以永久地储存在深层地质构造中，之后也可以用来制造燃料、化学品、建筑材料和其他产品。

目前，微软公司就已经从 Orca 预购了 1400 吨碳去除剂，加拿大电商平台 Shopify 也预购了 5000 吨。

那么，除了冰岛，还有哪些国家也启用了碳封存项目呢？

韩国计划将二氧化碳封存至海底

韩国石油公司（KNOC）为在明年停产后即将关闭的蔚山海域东海油气田封存二氧化碳，正在进行实地调研。KNOC计划自2025年起，在未来30年里年均封存40万吨二氧化碳。这既是韩国首个大型CCS项目，也可能成为全球规模最大的CCS项目。

但是，韩国政府的方案费用高昂。当前各国和各地区政府都在加强对排污企业的限制，对于寻找碳补偿途径的石油公司和其他行业而言，费用高昂是其长期以来难以实施CCS项目的重要原因。但是韩国政府宣布到2050年将实现碳中和，KNOC因此决定验证利用岩层空隙封存二氧化碳的可行性。

KNOC的CCS部门负责人表示，若要到2050年实现碳中和，二氧化碳的收集和分离技术越来越不可或缺。海底封存二氧化碳项目的可行性将通过韩国碳排放量的大幅下降来体现。

正在推进CCS技术发展的全球碳捕集与封存研究院表示，截至2020年，全球现有CCS能力仅能实现年均4000万吨左右的二氧化碳封存量。国际能源署认为，CCS在全球实现碳中和的过程中将发挥“重要作用”。

一名正在东海油气田实地调研的公州大学教授解释称，为将二氧化碳注入岩石层填补开采天然气留下的空隙，韩国的CCS项目将保护地质工程稳定性。此种通过注射二氧化碳“逼出”原油和天然气的CCS技术在能源行业早有先例。

该教授表示，东海油气田能为封存二氧化碳提供稳定压力，适合开展韩国首个CCS项目。

项目的成败决定着韩国相关投资和技术的发展速度。韩国计划到2023年在大陆架封存400万吨二氧化碳。

韩国人口虽不足全球的1%，碳排放量却占世界整体的1.7%左右。韩国经济严重依赖钢铁和石油化学等行业，专家认为到2050年实现碳中和对韩国而言是一个高难度课题。

然而，韩国附近海域的废旧油气田既可以提供现有海底管道，又可以免去在国内寻找和开发二氧化碳封存地的费用和麻烦，可以说是性价比绝佳的选择。KNOC将在蔚山段海底管道收集石油化学和石油精炼等行业排放的二氧化碳。

中国首个碳封存项目于今年启动

8月30日，中国首个海上二氧化碳封存示范工程在南海珠江口盆地正式启动，将海上油田开发伴生二氧化碳永久封存于800米深海底储层，每年封存约30万吨、总计超146万吨。这是我国海洋油气开发绿色低碳转型的重要一步，为国家“碳达峰、碳中和”目标的实现探出了一条新路。

中国海油深圳分公司副总经理、总工程师张伟介绍，该示范工程位于珠江口盆地，距香港东南约190公里，所在海域平均水深80多米，是恩平15-1油田群开发的环保配套项目。“工程实施后，相当于植树近1400万棵，或停开近100万辆轿车”。

他表示，二氧化碳地下封存是实现温室气体减排的有效措施之一。恩平15-1油田群是我国南海首个高含二氧化碳的油田群，若按常规模式开发，二氧化碳将随原油一起被采出地面。今年以来，中国海油开展适应海上二氧化碳封存的地质油藏、钻完井和工程一体化关键技术研究，成功研发了海上平台二氧化碳捕集、处理、注入、封存和监测的全套技术和装备体系，填补了我国海上二氧化碳封存技术的空白。

瓦锡兰“脱碳塔”

芬兰洗涤塔制造商瓦锡兰最近也强调了在废气排放点进行碳捕获的潜力，就像目前利用洗涤塔去除硫氧化物那样。瓦锡兰的初步发现表明，在船上进行碳捕获和封存“在技术上是可行的”，他们将在挪威莫斯地区安装一个1兆瓦的试点装置来测试这一理论。

该公司董事Sigurd Jenssen表示：“碳捕获技术令人振奋，因为它可以在相对较短的时间内显著减少碳排放。CCS将在2050年之前降低航运业温室气体排放量的重任中发挥重要作用。”

与替代燃料相比，开发碳捕获技术可能需要三到六年的时间，而前者需要更长的时间来建设必要的基础设施。

“碳捕获更适合船舶应用，我们想要测试的是陆基设计是否可以转移到船上，不过这还需要克服诸如空间等操作限制，”Sigurd Jenssen说道。该系统可能需要一个单独的洗涤塔，但还需要做更多的工作来确定现有的洗涤塔是否也可以处理二氧化碳萃取。唯一的区别可能是所用溶剂的类型。

“在陆地上有可能实现90%的碳减排，但是对于航运，我们将从70％开始，这是每艘船的IMO减排目标。”

捕获来的二氧化碳将被封存在储罐中，并存放于港口接收设施，它们大部分位于北欧，二氧化碳将被泵送到该地区的废油田。

Sigurd Jenssen还指出：“要缓解航运的环境影响并非只有一种方式，所以行业必须在多个领域进行广泛的创新。”

回收利用捕获气体

总部位于瑞士的初创企业Daphne Technology也将目光聚焦到了未来几年内各种燃料将产生的二氧化碳上。该公司正在开展多个试点项目，其中有一个通用绿色转化器旨在消除船舶废气中99％的硫氧化物(Sox)和颗粒物(PM)，以及85％的氮氧化物(NOx)。据称，该装置还有望将使用LNG双燃料发动机的船舶的甲烷泄漏减少约80％，还能够转化未来船舶应用氨燃料导致的氨泄漏。各类燃料的二氧化碳转化可以在2025年实现。

Daphne Technology公司创始人兼首席执行官Mario Michan表示：“我们以开发Sox、NOx以及PM(黑碳)减排方案起步，因为这些是海运业最主要的污染物排放，也是监管的焦点。”“随着新的法规和新型燃料不断推出，我们看到了进一步开发减排系统的需要。我们发现可以使用同样的专利技术来去除所有有毒的温室气体污染物。”

这项技术涉及到高能电子，它能分解烟囱中的分子，因此排放出来的物质可以被捕获、存储并且再利用作肥料生产。

该公司由沙特阿美能源风险投资公司(Saudi Aramco Energy Ventures)资助，并获得了欧盟的资金支持，其目标是在2021年年底之前安装世界首个实现循环经济的干式废气清洁系统。循环经济就是一种旨在消除浪费、持续利用资源的经济体系。

在业界研发零碳排放替代燃料以满足IMO脱碳目标的同时，碳捕获与封存以及可用产品的回收利用也许是航运业应对减排难题的最佳答案。

本文来源：学术头条，中国海洋石油集团有限公司，参考消息，中国船检杂志社