碳捕獲和存儲：它是什麼以及它的工作原理

什麼是碳捕獲？

碳捕獲是指捕獲二氧化碳的各種技術（CO₂）由發電廠和其他工業設施生產，通常在將其釋放到大氣中並有助於全球變暖之前。通過一種方法捕獲的二氧化碳要么是為其他目的回收的，要么存儲在無法逃脫的地方，這是一種稱為碳固存的過程。

碳捕獲的工作方式

有幾種不同的技術正在使用或開髮用於碳捕獲的技術。它們包括：

燃燒後碳捕獲：在當今最廣泛的用途中，這項技術收集了煙囪排放，稱為煙氣，然後才能釋放到空中。在一種稱為吸附或吸收的技術中，將排放管道輸送到一種稱為吸收劑的裝置中，其中二氧化碳與吸收其吸收的化學溶劑相互作用，從而使其與其他成分氣體分離，然後釋放出來。然後將二氧化碳和溶劑分開，以便可以重複使用溶劑，然後將二氧化碳壓縮以進行運輸和存儲。

預燃燒捕獲：此過程在完全燃燒之前從燃料源中去除二氧化碳。

氧氣燃燒捕獲：以這種捕獲形式，在幾乎純氧氣的大氣中燃燒燃料，而不是普通的空氣，這種空氣會產生高度濃縮的二氧化碳形式，易於收集。

直接空氣捕獲：與所有在排放源進行的前三種方法不同，直接空氣捕獲試圖將二氧化碳從空中拉出。為此，巨型風扇將空氣吸入了一種稱為收藏家的設備，然後通過類似於燃燒後捕獲的方式將二氧化碳分離出來。截至2024年，該技術在很大程度上仍處於實驗階段。

碳存儲的類型

一旦成功捕獲了二氧化碳，下一個問題是如何處理？一種選擇是存儲或隔離它，大概對大氣沒有損害。存儲的基本類型有兩種：地質和生物學。

地質存儲：在地質存儲中，被捕獲的二氧化碳在被加熱並加壓成“超臨界”二氧化碳後深處注入地下。作為美國能源部解釋，超臨界公司₂“有一些特性，例如氣體和一些液體，例如液體。它像液體一樣緻密，但具有像氣體一樣的粘度。存儲CO的主要優勢₂在超臨界條件下，所需的存儲量大大少於CO₂處於“標準”（房間）壓力條件。 ”公司₂被困在岩石層下。

生物存儲：生物學存儲依賴於自然過程來捕獲和存儲二氧化碳，例如通過種植森林，樹木和其他植物將吸收並保留它，並通過光合作用的過程產生氧氣。

碳捕獲與存儲（CCS）與碳捕獲，利用與存儲（CCUS）

某些技術不僅可以通過碳捕獲和存儲（CCS）過程將二氧化碳捕獲和掩埋二氧化碳，還可以將其放置在生產性中，這是一種稱為碳捕獲，利用和存儲（CCUS）的過程。

根據馬薩諸塞州理工學院（MIT）的環境解決方案倡議，一些捕獲的二氧化碳被泵入油井中，以“沖洗難以提取油”的一種方式。此外，它在一些溫室中用於幫助種植植物。其他潛在用途包括“轉向公司₂變成塑料，水泥和混凝土等建築材料，燃料，碳纖維和石墨烯等未來材料，甚至是小蘇打，漂白劑，防凍劑，油墨和油漆等家用產品。 ”截至2024年，這些都不是大規模生產。

碳捕獲的優點和缺點

碳捕獲的主要優點是，它有可能減慢並可能扭轉二氧化碳在地球大氣中的積累，這是全球變暖，氣候變化以及它們構成的所有危險的主要原因。

在這一點上，主要的劣勢是成本，尤其是擴展到將產生很大影響的地步的成本。在2023年政府間小組中關於氣候變化的一份報告中，碳捕獲被評為減少溫室氣體排放量最低，最昂貴的方法之一，排名遠低於風，太陽能，地熱和核電等選擇。

一個相關的問題是，對碳捕獲的重視是不必要地延遲了從化石燃料到可再生能源來源。作為2021年的文章麻省理工學院技術評論那說：“噪音，新聞和炒作正在餵養一種看法，即清除碳將是便宜，簡單，可擴展且可靠的，我們可以依靠其中。”

倡導集團食品和水監視更直言不諱：“碳捕獲和存儲（CCS）是化石燃料行業迄今為止最大的計劃，即說服人們可以解決氣候危機，同時仍取決於他們的銷售方式。”它稱CCS為“虛假”，“蛇油”，“騙局”和“營銷策略”。

碳捕獲與碳偏移

碳抵消涉及通過資助減少或刪除CO的項目來補償排放₂來自諸如造林或可再生能源計劃之類的大氣。個人和公司經常使用偏移來平衡其碳足跡，從而使他們聲稱碳中立性。

碳抵消和碳捕獲之間的主要區別在於它們處理排放的方式。碳抵消更加間接，因為它不能阻止排放發生，而是在事後彌補它們。例如，公司可能通過投資一個吸收CO的樹木的項目來抵消其排放₂隨著時間的推移。碳捕獲直接處理源的排放，在進入大氣之前捕獲二氧化碳。這使得碳捕獲可能對難以脫碳的行業（例如水泥和鋼製造）更有價值。

另一個關鍵區別是它們的可伸縮性和長期影響。碳抵消相對易於實施，並且可以快速擴展，因為它通常涉及投資現有項目。但是，有時會質疑其有效性，因為並非所有偏移項目都帶來了承諾的環境利益。有許多有記錄的綠色案例，其中抵消項目實際上會帶來不利的環境結果。碳捕獲雖然在減少排放方面有可能更具影響力，但在成本，技術和基礎設施方面面臨重大挑戰。

碳捕獲的歷史

碳捕獲的歷史可以追溯到至少1920年代，當時石油和天然氣鑽機開始將二氧化碳與可以出售的甲烷氣體分開。但是，在1970年代，鑽探者開始將其註入油井以幫助進行石油提取過程時，它似乎更廣泛地捕捉到。這被稱為增強的石油回收率。

隨著二氧化碳的環境影響越來越廣為人知，這個想法在1980年代和1990年代獲得了一些動力。即便如此，進步也很慢。據國際能源局（International Energy Agency）稱，全球大約有45個商業CCUS設施在全球運營，以及“截至2024年4月，各個發展階段的700多個項目”。

碳捕獲的未來

雖然碳捕獲有許多批評家，但其他人則至少將其視為有用的臨時度量。正如國際能源機構所說的那樣，CCUS系統“可以改造為現有的電力和工業工廠，從而允許其繼續運營。它可以解決難以蓄積的部門的排放，尤其是水泥，鋼或化學物質等重工業。”該組織表示，CCUS也可以“刪除CO₂從空氣到平衡不可避免或在技術上難以減少的排放。 ”

世界經濟論壇網站上的一篇意見文章指出：“氣候科學家聲稱，如果沒有CCUS在全球範圍內部署，就不可能達到零淨（碳）目標。”但是，它補充說：“這些技術的缺點，包括高成本和低效率，需要在可以大規模部署CCU並將其變成有效的氣候解決方案之前解決。”

在美國，基礎設施投資和就業法，於2021年通過，為CCUS項目分配了超過120億美元的資金，這逐漸被花在了。例如，2023年8月，能源部（DOE）宣布將在兩個商業規模的直接空氣捕獲設施中投資高達12億美元，一個在路易斯安那州，另一個在德克薩斯州進行投資。美國能源部表示，這項投資“旨在啟動全國性的大規模碳清除地點網絡，以解決遺產二氧化碳污染並補充快速排放的減少。”根據全球CCS研究所的數據，截至2024年3月，全球碳捕獲和儲存管道中有564個設施。

底線

碳捕獲和儲存（CCS）是可能有助於與持續全球變暖作鬥爭的技術之一。倡導者將其視為有價值的定格措施，但批評家質疑其成本及其有效性。