普林斯顿大学(Princeton University)的研究人员提出,在美国建立一个管道网络,每年可收集、运输和储存多达3000万吨二氧化碳,相当于减少650万辆汽车的排放量。这个网络(中间的粗蓝线)将把美国中西部乙醇精炼厂的二氧化碳废料(绿点)转移到西德克萨斯的油田。中西部的乙醇精炼厂每年排放4300万公吨的二氧化碳,目前远离现有的二氧化碳管道(橙色线),而且基本上不位于适合储存二氧化碳的地质层(米黄色区域)之上。
图片来自普林斯顿大学瑞安·爱德华兹
普林斯顿大学(Princeton University)研究人员的一项分析显示,如果对公共基础设施进行适当的投资,美国可能在未来6年内将目前全球捕获和储存的二氧化碳排放量增加一倍。
两位作者在《美国国家科学院院刊》(Proceedings of The National Academy of Sciences)杂志上发表文章,提出了一个管道网络,将美国中西部乙醇精炼厂(乙醇精炼厂通过发酵谷物来生产醇基燃料)的二氧化碳废弃物转移到西德克萨斯的油田。然后,通过一种被称为“强化采油”(enhanced oil recovery)的技术,捕获的碳将被泵入接近枯竭的油田。在这种技术下,二氧化碳有助于回收残余石油,同时最终被困在地下。
研究人员发现,这种俘获和储存网络每年可以阻止多达3000万吨的人为制造的二氧化碳进入大气,相当于让650万辆汽车无法上路。目前,全球每年约有3100万吨二氧化碳被捕获和储存。
两位作者的动机是国会在2018年两党预算法案中通过的一项税收抵免法案,该法案旨在鼓励对碳捕获和储存的投资。他们的分析显示,只有在税收抵免与低息政府贷款相结合,为必要的管道基础设施提供资金的情况下,这种大规模的俘获和存储网络才有可能实现,而且只有对使用这种网络的公司来说才有利可图。如果政府仅为一半的管道提供低成本贷款,那么由此产生的规模较小的网络每年仍将封存1900万吨二氧化碳。
“新的税收抵免政策是当今世界上激励碳捕获、利用和存储(CCUS)最重要的政策,”第一作者瑞安·爱德华兹(Ryan Edwards)说。爱德华兹是该研究报告的合著者之一,迈克尔·西莉亚是普林斯顿环境研究所(PEI)主任,西奥多拉·谢尔顿·皮特尼是环境研究和土木与环境工程教授。
爱德华兹说:“这是我们面临的第一个政策,让我们认真考虑大规模部署。”“在不同层面上,有很多人对CCUS感兴趣,两党支持。目前还没有一个计划来计划这将如何发生,以及它将会是什么样子。
联合国政府间气候变化专门委员会(Intergovernmental Panel on Climate Change, ipcc)已经确定,碳捕捉是减少二氧化碳排放、并将地球平均温度保持在比工业化前水平高出2摄氏度以内的关键组成部分。爱德华兹和西莉亚报告说,要做到这一点,估计到2050年,每年需要捕获和储存5000到10000公吨二氧化碳。
西莉亚说,尽管如此,由于缺乏政策支持和单个项目的巨额前期成本,碳储存基础设施的实施受到了阻碍。
西莉亚说:“为了使CCUS有机会进行大规模开发,必须建立必要的基础设施。”“这包括将二氧化碳从捕获地点输送到可使用地点的管道。”我们的研究为建立这样一个管道提供了一个经济上可行的路线图,这将是美国大规模CCUS的关键第一步。
爱德华兹说,类似的大型基础设施,如州际公路系统和电网,都是在政府资助和协调下建成的。
爱德华兹说:“我们的分析显示,除了税收抵免之外,还需要更多的公众支持,以便在短期内进行大规模部署。”这些事情就是这样做的——政府扮演着关键角色。最近一个很好的例子是德克萨斯州政府在清洁能源基础设施方面的领导作用,正是这个领导作用使得风能在那里蓬勃发展。
爱德华兹说,爱德华兹和西莉亚把重点放在乙醇精炼厂上,因为他们生产的天然气超过99%的二氧化碳,这使其成为最具成本效益的捕获物之一。相比之下,他说,燃烧煤炭的副产品只有10- 15%的二氧化碳,而且捕捉技术也很昂贵。从煤或天然气中捕获二氧化碳的成本从每公吨50-75美元不等,而乙醇的成本大约是每公吨20-30美元。
爱德华兹和西莉亚写道,与此同时,美国中西部的乙醇精炼厂——每年生产4300万吨二氧化碳——远离现有的二氧化碳管道,且不位于适合储存二氧化碳的地质层之上。
爱德华兹说,从油井中常规采出的石油约占岩石中石油总量的40%。他说,向油藏中注入二氧化碳可以回收更多的石油,通常多出15%左右。二氧化碳从表面的石油中分离出来,然后气体返回地面,最终被困在那里。
他们写道,爱德华兹和西莉亚网络提出,可以将美国的石油采收率提高50%。目前,由于缺乏可负担得起的二氧化碳,美国的石油采收率受到限制。
爱德华兹说:“这对气候和国内能源安全来说是一个双赢的局面。”
他说:“全球石油需求预计将持续到2050年以后,因此需要新的石油生产。”“如果一定要有更多的石油,那么在环境方面,我们从现有油田生产石油要比在北极等地钻探新井或从新边疆进口石油好得多。”能够隔离捕捉到的碳,使整个技术极具吸引力。
西莉亚说,这个拟议中的网络仍能防止二氧化碳的排放,远远超过它帮助提炼的石油所能产生的排放量。
西莉亚说:“碳排放问题的规模如此之大,没有一项技术能解决它。”“在可预见的未来,化石燃料很可能成为重要的能源来源。CCUS是目前唯一一种既能解决碳排放问题又能允许使用化石燃料的技术。目前所有对低碳能源未来的预测都包括大量的CCUS。
——文章发布于2018年9月25日