CCS的原理

1: 捕集

二氧化碳捕集是把二氧化碳从在燃烧化石燃料用于发电过程中或工业生产过程中所产生的其它气体分离开。

2: 运输

在分离后,二氧化碳将被压缩并运送到适合进行地质封存的地点。

3: 封存

在封存点,二氧化碳将被注入到深部地下岩层中,通常是在至少距地表以下1公里的位置。

1: 捕集二氧化碳

Separating CO2 with solvent.

捕集大型工厂所产生的二氧化碳最为简单,因为在这里可以收集到二氧化碳浓度较高的烟道气。

在许多行业,分离二氧化碳已经成为了标准工业流程的一部分。例如,在天然气的生产过程中,二氧化碳必须在生产过程中从天然气中分离出。同样地,在氨厂或氢气生产工厂,二氧化碳将在生产过程中被移除。

在其它行业,例如钢铁厂和水泥厂,捕集技术还未被大规模的示范应用,但是在各个案例中,现有的捕集方法能够调整以适应特定的生产过程。例如,利用燃烧后捕集收集水泥厂所排放的二氧化碳,而使用富氧燃烧捕集收集改进的钢铁厂生产过程所排放的二氧化碳。

化石燃料燃烧产生的二氧化碳最多,特别是燃烧化石燃料用于发电,因此,捕集来自燃煤或天然气发电厂所产生的二氧化碳的三项主要技术正在开发当中,这三项技术分别是:

  • 燃烧后捕集;
  • 燃烧前捕集;及
  • 富氧燃烧捕集。

Separating CO2 with a membrane.

以上每项技术都包括将二氧化碳与其它废气分离。上述主要方法将使用以下吸收剂进行分离:

  • 液体溶液;
  • 固体材料;或
  • 可允许某些气体通过但其他气体无法通过的薄膜。

2: 运输二氧化碳

一旦从烟道气中被分离出,二氧化碳将被压缩以便于运输和储存。压缩后的二氧化碳将被运输到适合的封存点。目前,二氧化碳已可通过管道、轮船和罐车进行运送,主要用于工业或用于提高油气田的油气采收率。广泛地部署CCS技术所需的运输规模远大于这些小规模运输,而且这涉及到高浓度二氧化碳的运输。

3: 封存二氧化碳

Geological storage options for CO2.

CCS技术的最后阶段是将二氧化碳注入到深部地下岩层中,通常距离地面至少1公里。这个深度的温度和压强可以使二氧化碳以液态形式存在并且可以在多孔岩中间流动从而填充被称为空隙的细小空间。

理想的封存点有废弃的油气田或者咸水层,并且这些封存点的顶部都有非渗透岩(也称为“密封岩”)。密封岩和其它地质特性可防止二氧化碳返回到地表。

这些地点已经密封液体和气体数百万年,经过仔细选址,这些地点也同样能够安全地封存二氧化碳同样长的时间。

在注入后,一系列传感技术将被用于监测二氧化碳在岩层间的流动情况。监测、报告和验证过程对确保公众和监管人员相信二氧化碳被安全地封存非常重要。

寻找理想的封存地点需要收集大量的数据,并需要花费较长的时间与大量的努力。包括美国、加拿大、中国、南非、澳大利亚和欧洲等地区在内的世界范围内的许多经济体已启动了确定二氧化碳封存点的计划。