当人类最初降临在这个世界的时候,世界给了人类一个适宜生存和繁衍的家园。海洋,湖泊,湿地,土壤……,我们的祖先就在这样一个充满了各色景观的栖息地哺育子女,生生不息……
一万年以后,这篇土地上耸起了烟囱和高楼,越来越多的人们来到了这个世界。同时,伴随与此的,还有温度持续上升,气候不断变暖.也许有一天,冰川都会融化、海平面会大幅上升,众多沿海城市将会被淹没,干旱洪涝将频频爆发,湿地、湖泊将永远地干枯,土地彻底被沙漠化,龙卷风、海啸以及山地灾害将无时无刻地在骚扰着人类,以及所有地球生物的生活;直到威胁到生命的存在……
两万年以后,这样一个给予人类生命的世界,是否还会存在?到那个时候,人类又会在哪里?…… ]
是的,气候变暖所带来的危险和潜在的危害将影响到人类生存的家园和可持续发展的未来。全球气候变暖是人类迄今为止面临的最重大环境问题。
而科学研究表明,近年来全球变暖主要与人类活动大量排放的温室气体有关。
在工业方面,生产制造产生了过多的二氧化碳。在人们日常生活中,城市中大量民用生活炉灶和采暖锅炉需要消耗大量煤炭,煤炭在燃烧过程中也要释放大量二氧化碳。而在交通运输方面,汽车、火车、飞机、轮船是当代的主要运输工具,它们烧煤或石油产生的废气也是重要的污染物。特别是城市中的汽车,量大而集中,排放的污染物能直接侵袭人的呼吸器官,对城市的空气污染很严重,成为大城市空气的主要污染源之一。而这些交通工具主要的排放气体之一就是二氧化碳。
二氧化碳气体具有吸热和隔热的功能。它在大气中增多的结果是形成一种无形的玻璃罩,使太阳辐射到地球上的热量无法向外层空间发散,其结果是地球表面变热起来。
从全球来看,从1975年到1995年,能源生产就增长了50%,二氧化碳排放量相应有了巨大增长。迄今为止,发达国家消耗了全世界所生产的大部分化石燃料,其二氧化碳累积排放量达到了惊人的水平。如到90年代初,美国累积排放量达到近1700亿吨,欧盟达到近1200亿吨,前苏联达到近1100亿吨。目前,发达国家仍然是二氧化碳等温室气体的主要排放国,美国是世界上头号排放大国,包括中国在内的一些发展中国家的排放总量也在迅速增长。近日又有研究报告指出,中国已经取代美国,成为世界上排放二氧化碳最多的国家。
还世界最初的“世界”
面对地球给我们的一切,我们应该怎样对待我们的"世界",成为了全世界关注和讨论的问题。
为了控制温室气体排放和气候变化危害,1992年联合国环发大会通过《气候变化框架公约》,提出到90年代未使发达国家温室气体的年排放量控制在 1990年的水平。1997年,在日本京都召开了缔约国第二次大会,通过了《京都议定书》,规定了6种受控温室气体,明确了各发达国家削减温室气体排放量的比例,并且允许发达国家之间采取联合履约的行动。发展中国家温室气体的排放尚不受限制。
然而,科学技术发展到今天,人类的生存和发展尚无法离开对于燃料的利用,温室气体的减排也并不意味着从此世界上将不会有人类制造的二氧化碳产生。
也许,增加温室气体的吸收更应该成为当下人们关注的焦点,以及科学技术发展的关键。
前,固碳技术已成为行业人士着手开展的一项新研究。
碳技术的技术原理是十分清楚的,它是指把燃烧气体中的二氧化碳分离、回收,然后深海弃置和地下弃置,或者通过化学、物理以及生物方法固定。然而,固碳技术能否成为实用技术还存在很多未知数。尽管如此,广大的实验和尝试也已经广泛开展开来。
固碳技术又可以被分为两个步骤——碳捕获和碳埋藏。
对于碳捕获而言,人们现今已掌握了三种最主要的安全可行的技术路径:燃烧后捕获(post-combustion)、燃烧前捕获(pre-combustion)和富氧燃烧捕获(oxyfuel-combustion)。
其中,燃烧后捕获是指从化石燃料燃烧后产生的废气中采用液体溶剂和加热的方式将二氧化碳分离出来,而燃烧前捕获则是首先将化石燃料转化为氢气和二氧化碳的混合气体,然后二氧化碳被液体溶剂或固体吸附剂吸收,再通过加热或减压得以释放和集中。富氧燃烧器技术是指在纯氧环境中燃烧煤炭,产生的废气几乎都是纯粹的二氧化碳,之后再将其掩埋。
碳埋存技术的现实应用则需要首先寻找到适宜封存二氧化碳并使其与大气完全隔绝的地质层。而从地质学角度看,实际上有三类地质层均能用来埋存二氧化碳,其中最具吸引力的当属现有的油田和气田。
基于人们对产油层和产气层的地质概况的深入了解,油田和气田已被证实可以容纳碳氢化合物。而更重要的是,将二氧化碳回注油田能显著提高油田采收率多达5%至15%,并可相应地延长油井生产寿命--这种“化腐朽为神奇”之术实质上已成功地帮助了不少产量日减的油田得以增产延寿。
第二类地质层是不含碳氢化合物的圈闭(一种能阻止油气继续运移并能在其中聚集的场所),但它具有和含油层,含气层和煤层类似的结构。
第三种就是底水-深度蓄水盐层,由于盐层的分布面积广大,因而被推举为一种长久的碳埋存解决方案。
让我们的世界更美好
在中国,碳捕获和碳埋葬技术一直受到普遍关注。
2005年12月和2006年2月,中国科技部分别与英国和欧盟签署了关于二氧化碳捕获与封存技术研发合作的备忘录,标志着我国在该领域由国家主导和组织的创新研究工作正式起步。
中国是世界上最大的煤消费国。根据中国国家发展与改革委员会的数据统计,2005年,中国主要能源中煤所占比重为69%,而这些煤主要是用于电厂发电。
目前,中国的一些能源公司已经同国际的能源公司在该领域开展了多项合作,其中包括燃煤电厂二氧化碳捕集示范工程等,但是这些项目都只是处于初级阶段。
全球目前只有美国、加拿大、澳大利亚等发达国家已拥有了部分燃煤电厂二氧化碳捕集与处理技术并建设了(中小型)示范工程。
而据英国《卫报》报道,世界上第一个完整的碳捕获和存储技术示范项目,将于近日在德国一家燃煤发电厂开始运转。
该示范性试验项目建于德国北部Schwarze Pumpe发电厂旁边,每年将捕获10万吨二氧化碳,随后将之压缩,埋藏在枯竭的Altmark天然气田表面以下3000米的地方。该气田距离发电厂大约200公里。示范项目耗资7000万欧元(5700万英镑),能够输出12兆瓦的电力和30兆瓦的热能,足以供应1000多户家庭。而该试验发电厂将使用富氧燃烧器。
然而,无论是碳捕获还是碳埋葬,其实际应用的成本都是巨大的。
在其最好情形,该技术能够捕获发电厂90%的碳排放。尽管捕获、运输和存储过程的每一个环节都被验证和使用,但是,迄今为止,还没有试验过全循环的系统,即使是小规模示范项目也没有试验过。全规模的系统仍然需要很多年,主要是因为开发这种系统很可能会非常昂贵。因此,许多世界领先的能源公司已向政府发出号召,希望政府也应承担部分金融风险。
另外,此项技术的应用将会增加发电厂成本,这将不利于这项技术在电厂推广,尤其是在中国,控制电力价格常常被看作是减少通货膨胀的有效措施。
同时,目前的碳捕获技术适用范围有限。比如吸附液,不仅能耗大,而且价格昂贵;固体吸附剂虽然有应用前景,但是吸附能力较差,长期使用后缺乏稳定性,因此需要开发更强效更持久的新材料。
中国《联合国气候变化框架公约》谈判代表、人民大学环境学院副院长邹骥教授也曾经表示,"我们还有很长的路要走。目前,碳捕获和收集技术还很不成熟。"
尽管困难重重,人类对于固碳技术的研究和开发的脚步却从未停止过。
据美国科学家报告说,他们已经成功开发出一种成本低廉的新型吸附材料,可以用来捕获二氧化碳,阻止其通过煤炭发电厂的烟囱以及其它工业排放源进入大气。这种与超支化氨基硅聚合而成的新型固体吸附剂可以避免上述问题发生。研究人员说,模拟工业烟囱排放的对比实验表明,新材料捕获二氧化碳的能力比传统固体吸附剂强7倍,其中包括目前市场上部分最好的二氧化碳吸附剂。另外,在不同的极端气温条件下,新材料也表现出了更好的稳定性,因此可以多次循环使用。
虽然目前看来,固碳技术真正得到广泛应用以及走上商业化道路还需要一段时间去探索和实践。但是以世界大型能源公司为主体,各国政府积极参与和支持的固碳技术开发之路,让人们相信,人类生存的世界终会更加美好。