一、气候变化的现实性和减排温室气体现状的严峻性

　　2009年 12月，联合国气候谈判会议将在哥本哈根召开。这是继京都议定书之后，世界各国关于气候谈判最重要的一次会议。全球气候变暖已经成为人类生存的一大威胁，是世界各国，包括发达国家和发展中国家，面临的一个亟待人类共同努力来解决的严重问题。引发全球气候变化的主要原因是，过去一百多年间，人类一直依赖石油煤炭等化石燃料来提供生产生活所需的能源，燃烧这些化石能源排放的二氧化碳（CO2）等温室气体，使得温室效应增强。因此，国际社会在《联合国气候变化框架公约》基础上对全球气候变化问题进行了广泛合作。缔约国于1997年签定的《京都议定书》设定了主要工业化国家减少温室气体排放的目标。降低碳排放从此成了全球应对气候变化共同努力的目标。

　　如果将全球温室气体排放量按行业统计，发电行业是最大的排放源，它还将是在2050年前增长最快的排放源。而燃煤发电又是发电行业中碳排放的最主要来源。全球发电行业燃煤发电占40%。全球有大量的化石燃料电厂在运行，发展中国家如印度和中国，新建电厂仍以化石燃料为主。这就需要找到一种针对化石燃料发电的脱碳解决方案。在减少碳排放的过程中，发电厂所肩负的责任最为重大，而在煤电当道，替代发电无法短期内实现规模效应的情况下，就引出了本文要讨论的碳捕集和储存（Carbon Capture and Storage, CCS）技术。

　　二、碳捕集和储存是一种主要针对燃煤发电碳排放的解决方案

　　CCS定义

　　对于CCS的定义有许多，目前被广泛接受的定义是“一个从工业和能源相关的生产活动中分离二氧化碳，运输到储存地点，长期与大气隔绝的过程”。CCS的产业链由四部分组成，即（1）捕集、（2）运输、（3）存储和监测，用于（4）增加石油采收率（EOR）。通俗而言，CCS就是在二氧化碳排放之前就对其捕捉，然后通过管线或船舶运到封存地，最后压缩注入地下，达到彻底减排的目的。

　　如果技术发展成熟，CCS将成为一个可以使燃煤发电接近“零碳”排放的技术产业链。目前实验中的CCS技术可消除85~95%的二氧化碳。另外一些处于研发阶段的技术（化学循环）已证明可以消除99.5%的二氧化碳。

　　1) 捕集

　　这是最初的一步，在化石燃料燃烧发电之前或之后将CO2分离出来。目前正在进行试点的有三种捕集技术，每种技术适用于不同类型的发电厂：

　　燃烧后处理（在燃烧后捕捉），能够满足常规的电厂，是最容易理解的技术。
　　氧化燃料（让燃料在纯氧中燃烧），理论上很有希望但现实应用较少。如果目前试点成功，氧化燃料可能与燃烧后处理竞争市场。
　　燃烧前处理（在燃烧前捕捉），很有可能提供混合的电力、氢气和低碳燃料/原料。

　　2) 运输

　　将CO2从排放源压缩后运输到存储地点，最可行的方式是管道，但是对于更长距离来说，需要用船运。运输技术相对成熟。全球大约有5600公里长的陆上CO2传输管道。但CO2的运输过程存在一些技术和法律方面的挑战，如输送方式谈判（铺设管道的许可权）。现有的基础设施将需要大幅增长才能满足运送CCS的容量需求。

　　3) 储存

　　储存不仅包括将CO2保存在深层地下，还要对泄露进行监测。油气田已经过深入广泛的地质分析，目前最适合储存CO2的地点是枯竭的油气田。石油和天然气公司将天然气储存在地下深处已有数十年的经验，他们的成功也为将大量CO2存储上千年或上百万年提供了信心。除了使用枯竭油气田（DOGF），其他可能的地点还包括盐水层（多孔岩石地层中的小孔充满了盐水，而它被无孔岩层包围），以及无法开采的煤层等。

　　4) 用于增加油气采收率（EOR/EGR）

　　这是CCS产业链的最后一环，不是必须，而是可选的，并有潜在收益。具体过程是，注入CO2，将那些开采难度大的石油或天然气“推向”生产井。EOR/EGR商业运行证明这种方法可以将枯竭油气田寿命预期延长20年（如加拿大的Weyburn）。当然，这一环节还需进一步检验证明CO2在地下保持不扩散。

　　三、CCS是一种值得继续推广的碳减排技术

　　如前所述，高度依赖燃煤的发电模式仍将持续，而CCS是目前此种模式下已知的唯一可行的技术解决方案。燃煤燃气发电产生的CO2经过CCS技术可以消除高达90%。要实现从现在高碳的发电方式转变为未来零排放发电的低碳目标，CCS潜力巨大，除了可以减少排放，CCS还可以通过提高煤炭利用率，从而有助于这些国家实现更大的能源安全。

　　现在，行业内和各国政府对CCS技术的可行性有着越来越多的共识。 CCS自2000年起迅速发展到现在，它已成为广受重视的解决气候变化的重要技术。国际能源机构（ IEA ）在2008年世界能源展望中提出的蓝色情景分析中预测，到2050年CCS将对燃煤和燃气发电厂有重大贡献。各国政府也对此做出响应，纷纷设立专项资金，以供发展CCS技术之用。其中包括欧盟提供的80亿美元，澳大利亚CCS旗舰计划的20亿美元，和奥巴马政府刺激计划中用于CCS的24亿美元。
　　四、CCS技术推进还面临的不确定性和挑战

　　目前CCS在世界范围内所取得的成果还只是万里长征的第一步。根据国际能源机构的估计，到2050年，CCS要想对缓解气候变化产生显著影响，至少需要有6,000个项目。每个项目每年在地下存储100万吨CO2，而目前全世界只有三个如此规模的项目。可以说，如果CCS在未来20年不能进化为主流技术，情况将不容乐观。

　　目前CCS技术无法迅速得到推广的主要原因是其高昂的成本，其推广过程还存在诸多不确定因素，下面我们就对这些因素一一进行论述。

　　技术成本

　　在CCS过程中，最大的成本支出在捕集阶段，主要有两个原因：

　　部署CCS需要增加资本成本，资本的开支取决于具体的捕集技术（燃烧前，燃烧后，氧化燃料），但基本上都是将CO2从烟道中分离出来、压缩、最后运输。初步估计，对捕集技术进行改造会增加50%~100%的成本。 

　　长期的热效率损耗，对运营成本有持续影响。分离和压缩CO2都需要大量能量，致使发电损耗增加约6~12%。