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二氧化碳循环再利用之路能走通吗?
发布时间:2021-07-02     作者:    浏览量:300   

随着全国碳市场正式上线交易,二氧化碳排放管理进一步趋严。企业多排碳,意味着付出更高成本。除了花钱“买碳”,有没有其他办法实现减碳?


记者了解到,二氧化碳资源化利用正逐渐得到重视。除常规的驱油封存等方式,以二氧化碳为原料生产化学品、燃料,经净化提纯得到食品级、电子级二氧化碳,用作混凝土建筑材料等新型用途,吸引企业纷纷探索。二氧化碳循环再利用之路走得通吗?这些技术又能给碳减排带来多少贡献?

“相比捕集、封存,我们更应重视利用环节”

目前,我国年排放二氧化碳百亿吨级,其中80%以上来自能源生产消费。“2020年,我国化石能源占一次能源消费比重达84.1%。例如,石油和化学工业以油气、煤炭作为原料,具有资源型和能源型产业双重属性,但生产过程必然伴有二氧化碳排放。”中国石油和化学工业联合会副秘书长胡迁林表示,在推进源头减排的同时,实现二氧化碳“变废为宝”同样重要。“既要开展新一代大规模低能耗碳捕集技术、二氧化碳安全可靠封存与监测,以及运输技术等研究,也需重点开发二氧化碳化学转化利用技术。”

“即便实现了碳中和,化石能源消费仍将占据一定比重。”中国科学院院士包信和表示,先天含碳属性,决定了使用化石能源总要产生碳排放,如何消除已经排放的二氧化碳是一大现实问题。

在近日举行的2021年二氧化碳减排与资源化利用技术先锋论坛上,中国科学院院士李灿也称,并非所有行业终端都能使用电能替代,诸如化工、钢铁、水泥等领域,在很长时间内仍需使用能量密度更高的化学燃料。针对这部分难以消除的二氧化碳,就要采用碳捕捉、利用与封存技术(ccus)。

“相比捕集、封存,我们更应重视利用环节。捕集二氧化碳之后,封存面临空间、泄漏、安全、成本等一系列制约,并不能从根本上解决排放问题。”李灿举例,二氧化碳作为一种驱油介质,可用于油气开采。开采完毕,这部分二氧化碳依然会大量释放,并不能实现完全封存。“类似情况还发生在农业领域。生产尿素可消纳一部分二氧化碳,但在使用尿素时,大部分二氧化碳还是白白排掉了。这些难以减排的二氧化碳,若能实现资源化利用,在减碳同时还可产生经济效益。”

“只有少数技术具有经济可行性和工业化放大的可拓展性”

较早参与研发的奥克控股集团董事局主席朱建民告诉记者,资源化利用包括以二氧化碳为原料生产化学品或燃料、利用微藻类进行生物转化,用作混凝土建筑材料,二氧化碳增强油田再生等10种途径。用途虽多,现阶段却存在不少瓶颈。

朱建民举例,理论上说,二氧化碳可制备多种化学品,“但目前,只有少数技术具有经济可行性和工业化放大的可拓展性。最大规模的化学利用途径是生产尿素,当前我国每年有1.4亿吨二氧化碳用于生产2亿吨尿素。下一步,生产燃料耗用的二氧化碳可能达到几亿吨,具有一定前景,但充满不确定性。”

记者还注意到,已有的二氧化碳资源化利用项目规模普遍较小。例如,中国石化胜利油田二氧化碳捕集驱油项目,每年预计减排仅3万多吨;华能北京高碑店热电厂将捕集的二氧化碳卖给食品店,年回收二氧化碳只有3000吨;山东能源集团利用化工装置产生的二氧化碳制备高价值化学品,年可减碳3.5万吨。

“我们接触了很多技术,不同技术各有先进性,研究探索值得鼓励。然而,一项技术到底能扩大到多大规模、成本是否可承受,可以为减碳作出多大贡献,同样很关键。对于企业真金白银投入而言,做好前瞻性考量十分必要。”一位业内资深人士向记者坦言。

包信和称,现有的二氧化碳转化利用还面临规模不对等问题。“比如,我国需求量最高的大宗化学品乙烯,目前年产量在6000-7000万吨。即便拿出1亿吨二氧化碳用于制备,也只占到排放总量的百分之一。由于二氧化碳分子能量低,必须先活化、再利用,通过加氢反应才能完成。目前,氢能基本来自以煤为主的化石能源,注入的能量比释放的能量还要多。”

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“二氧化碳资源化利用是一种可行的减排思路,但必须找到正确途径。目前部分技术过于理想化,甚至存在一些错误方向。即便单个项目通了,要么难以从根本撬动减排,要么能耗过高、得不偿失。”上述人士进一步称。

包信和认为,有效的二氧化碳利用途径必须满足两个条件:一是保证持续的可再生能源供给,二是能从非碳资源获得氢气。“转化利用途径主要包括热催化、电催化及光化学过程。目前来看,前两者比较有希望,能够通过二氧化碳加氢反应得到我们需要的产品。而在此过程中,绿氢才是真正实现减排的关键。”

上述思路已有实践。“在自然界,植物能把空气中的水和二氧化碳转化成生物质、蔬菜等。借鉴这一思路,也可把二氧化碳和水变成我们所需的燃料。”李灿提出,利用太阳能等可再生能源实施电解水制氢,并将二氧化碳加氢转化为甲醇等液体燃料,即可实现有效资源化利用。“甲醇可替代汽油,也可用在化学工业领域。每吨甲醇可转化1.375吨二氧化碳,我国每年约有8000万吨甲醇产能,若能大规模推广,可以减排亿吨级二氧化碳。”

国家能源集团新能源研究院碳中和中心相关负责人徐冬表示,除了单个项目,国家能源集团还将开展原理验证与颠覆性技术研发、中试技术放大与验证、ccus全流程检测评估平台建设。“目前,国内外尚无针对研发、试验及检测评估与认证的全流程平台。计划采用政策与环境结合、机体机制与制度结合、资料分析与调查分析相结合等方式,开展全流程标准制定、ccus碳交易研究推广及战略规划服务,实现技术标准化建设、规模化发展。”朱妍)