碳捕获和存储：它是什么以及它的工作原理

什么是碳捕获？

碳捕获是指捕获二氧化碳的各种技术（CO₂）由发电厂和其他工业设施生产，通常在将其释放到大气中并有助于全球变暖之前。通过一种方法捕获的二氧化碳要么是为其他目的回收的，要么存储在无法逃脱的地方，这是一种称为碳固存的过程。

碳捕获的工作方式

有几种不同的技术正在使用或开发用于碳捕获的技术。它们包括：

燃烧后碳捕获：在当今最广泛的用途中，这项技术收集了烟囱排放，称为烟气，然后才能释放到空中。在一种称为吸附或吸收的技术中，将排放管道输送到一种称为吸收剂的装置中，其中二氧化碳与吸收其吸收的化学溶剂相互作用，从而使其与其他成分气体分离，然后释放出来。然后将二氧化碳和溶剂分开，以便可以重复使用溶剂，然后将二氧化碳压缩以进行运输和存储。

预燃烧捕获：此过程在完全燃烧之前从燃料源中去除二氧化碳。

氧气燃烧捕获：以这种捕获形式，在几乎纯氧气的大气中燃烧燃料，而不是普通的空气，这种空气会产生高度浓缩的二氧化碳形式，易于收集。

直接空气捕获：与所有在排放源进行的前三种方法不同，直接空气捕获试图将二氧化碳从空中拉出。为此，巨型风扇将空气吸入了一种称为收藏家的设备，然后通过类似于燃烧后捕获的方式将二氧化碳分离出来。截至2024年，该技术在很大程度上仍处于实验阶段。

碳存储的类型

一旦成功捕获了二氧化碳，下一个问题是如何处理？一种选择是存储或隔离它，大概对大气没有损害。存储的基本类型有两种：地质和生物学。

地质存储：在地质存储中，被捕获的二氧化碳在被加热并加压成“超临界”二氧化碳后深处注入地下。作为美国能源部解释，超临界公司₂“有一些特性，例如气体和一些液体，例如液体。它像液体一样致密，但具有像气体一样的粘度。存储CO的主要优势₂在超临界条件下，所需的存储量大大少于CO₂处于“标准”（房间）压力条件。”公司₂被困在岩石层下。

生物存储：生物学存储依赖于自然过程来捕获和存储二氧化碳，例如通过种植森林，树木和其他植物将吸收并保留它，并通过光合作用的过程产生氧气。

碳捕获与存储（CCS）与碳捕获，利用与存储（CCUS）

某些技术不仅可以通过碳捕获和存储（CCS）过程将二氧化碳捕获和掩埋二氧化碳，还可以将其放置在生产性中，这是一种称为碳捕获，利用和存储（CCUS）的过程。

根据马萨诸塞州理工学院（MIT）的环境解决方案倡议，一些捕获的二氧化碳被泵入油井中，以“冲洗难以提取油”的一种方式。此外，它在一些温室中用于帮助种植植物。其他潜在用途包括“转向公司₂变成塑料，水泥和混凝土等建筑材料，燃料，碳纤维和石墨烯等未来材料，甚至是小苏打，漂白剂，防冻剂，油墨和油漆等家用产品。”截至2024年，这些都不是大规模生产。

碳捕获的优点和缺点

碳捕获的主要优点是，它有可能减慢并可能扭转二氧化碳在地球大气中的积累，这是全球变暖，气候变化以及它们构成的所有危险的主要原因。

在这一点上，主要的劣势是成本，尤其是扩展到将产生很大影响的地步的成本。在2023年政府间小组中关于气候变化的一份报告中，碳捕获被评为减少温室气体排放量最低，最昂贵的方法之一，排名远低于风，太阳能，地热和核电等选择。

一个相关的问题是，对碳捕获的重视是不必要地延迟了从化石燃料到可再生能源来源。作为2021年的文章麻省理工学院技术评论那说：“噪音，新闻和炒作正在喂养一种看法，即清除碳将是便宜，简单，可扩展且可靠的，我们可以依靠其中。”

倡导集团食品和水监视更直言不讳：“碳捕获和存储（CCS）是化石燃料行业迄今为止最大的计划，即说服人们可以解决气候危机，同时仍取决于他们的销售方式。”它称CCS为“虚假”，“蛇油”，“骗局”和“营销策略”。

碳捕获与碳偏移

碳抵消涉及通过资助减少或删除CO的项目来补偿排放₂来自诸如造林或可再生能源计划之类的大气。个人和公司经常使用偏移来平衡其碳足迹，从而使他们声称碳中立性。

碳抵消和碳捕获之间的主要区别在于它们处理排放的方式。碳抵消更加间接，因为它不能阻止排放发生，而是在事后弥补它们。例如，公司可能通过投资一个吸收CO的树木的项目来抵消其排放₂随着时间的推移。碳捕获直接处理源的排放，在进入大气之前捕获二氧化碳。这使得碳捕获可能对难以脱碳的行业（例如水泥和钢制造）更有价值。

另一个关键区别是它们的可伸缩性和长期影响。碳抵消相对易于实施，并且可以快速扩展，因为它通常涉及投资现有项目。但是，有时会质疑其有效性，因为并非所有偏移项目都带来了承诺的环境利益。有许多有记录的绿色案例，其中抵消项目实际上会带来不利的环境结果。碳捕获虽然在减少排放方面有可能更具影响力，但在成本，技术和基础设施方面面临重大挑战。

碳捕获的历史

碳捕获的历史可以追溯到至少1920年代，当时石油和天然气钻机开始将二氧化碳与可以出售的甲烷气体分开。但是，在1970年代，钻探者开始将其注入油井以帮助进行石油提取过程时，它似乎更广泛地捕捉到。这被称为增强的石油回收率。

随着二氧化碳的环境影响越来越广为人知，这个想法在1980年代和1990年代获得了一些动力。即便如此，进步也很慢。据国际能源局（International Energy Agency）称，全球大约有45个商业CCUS设施在全球运营，以及“截至2024年4月，各个发展阶段的700多个项目”。

碳捕获的未来

虽然碳捕获有许多批评家，但其他人则至少将其视为有用的临时度量。正如国际能源机构所说的那样，CCUS系统“可以改造为现有的电力和工业工厂，从而允许其继续运营。它可以解决难以蓄积的部门的排放，尤其是水泥，钢或化学物质等重工业。”该组织表示，CCUS也可以“删除CO₂从空气到平衡不可避免或在技术上难以减少的排放。”

世界经济论坛网站上的一篇意见文章指出：“气候科学家声称，如果没有CCUS在全球范围内部署，就不可能达到零净（碳）目标。”但是，它补充说：“这些技术的缺点，包括高成本和低效率，需要在可以大规模部署CCU并将其变成有效的气候解决方案之前解决。”

在美国，基础设施投资和就业法，于2021年通过，为CCUS项目分配了超过120亿美元的资金，这逐渐被花在了。例如，2023年8月，能源部（DOE）宣布将在两个商业规模的直接空气捕获设施中投资高达12亿美元，一个在路易斯安那州，另一个在德克萨斯州进行投资。美国能源部表示，这项投资“旨在启动全国性的大规模碳清除地点网络，以解决遗产二氧化碳污染并补充快速排放的减少。”根据全球CCS研究所的数据，截至2024年3月，全球碳捕获和储存管道中有564个设施。

底线

碳捕获和储存（CCS）是可能有助于与持续全球变暖作斗争的技术之一。倡导者将其视为有价值的定格措施，但批评家质疑其成本及其有效性。