CO2捕获在零排放电厂中的必要性

必须继续扩大利用清洁的可再生能源（风能、水能、太阳能、波浪能、潮汐能等）的利用。光伏发电目前正在竭力发展，以使其具有竞争性。风力发电看起来更有前景，目前发展很快，其成本在不断下降。然而，可再生能源主要的问题是其非常低的一次能量流密度，由此还带来其他的相关问题和技术（如为了产生相当的电力，需要太多的土地面积）。而土地在许多地方是稀缺的，尤其是在人口稠密的欧洲。可再生能源，即使加在一起，也不能满足工业社会增长的能源需求。一个有前景的方式是基于光合作用，这些内容会在第8章中介绍。我们应该谨慎对待风力发电厂非常大的装机容量数据。一座风力发电厂的可用性等级远不如化石燃料电厂。当我们比较化石燃料电厂与风力发电厂的装机容量时，通常每年从风力发电厂所发电量为同等容量等级的化石燃料电厂所发电量的1/4。

图1-5 德国纽拉特的反对新的燃煤电厂示威游行上的标语，“煤是气候 的杀手。”［注意，在德语和英语里单词“Gift”的意思是相反的 （作者于2007年12月12日拍摄于德国纽拉特）］

图1-5显示了一个错误地采用了非常有用的社会资源的例子。它是一个在2007年12月12日，被“绿色和平组织”（Greenpeace）制作的反对在接近德国纽拉特（Neurath）新建一座燃煤电厂的大海报，它也是许多类似的海报之一。还有一些比“煤是气候的杀手”更激进的标语牌。在以煤为主要能源的德国，那样的抗议声明是非常幼稚的。事实上，煤并不是杀手，真正杀手是用完煤后产生的废气，我们叫“排放气”。正确的标语牌应该是“排放气是气候杀手”。在此之前，在媒体和公众示威游行中并未出现那样的抗议宣传标语。

通常，燃用化石燃料电厂产生电能的功率密度是可再生能源技术产能功率密度的100倍。这就意味着在生产同样数量的电能时，化石燃料电厂需要非常小的占地面积。大众媒体通常趋向于指责利用化石燃料造成的人为污染。人们常常听到呼吁大规模地禁止化石燃料的应用。这种呼吁总的来说都是被误导了。

化石燃料本身并不会导致污染。燃烧化石燃料的方式才是真正的问题。许多人向往的无碳能源供应是可以理解的，但是在短期内并不现实。在遥远的未来有可能出现大量的无碳能源供应。事实是，在未来的几十年内，化石燃料仍然是能源构成的主体（见图1-1和图1-2）。

化石燃料比任何其他的能源更廉价、更易获取和更灵活，并且它们的经济优势不可能在21世纪有根本性的改变。

图1-1和图1-2预测的世界能源发展趋势从当前的限制CO₂排放目标来看是不可持续的。京都议定书要求在欧盟内排放的温室气体量在2012年要比1990年的排放水平减少8％。即使大幅度地提高了能源转换效率，并且发展和示范许多可再生能源技术，也并不足以满足所声明的CO₂减排目标。未来出现的在减排CO₂需求与所预测的不断增长的化石燃料利用之间的大的矛盾只能采用新的燃用化石燃料的CO₂零排放技术来解决，如表1-1中MIT清晰地预测的那样。在21世纪，一个至关重要的任务就是要将零排放、燃用多样化的化石燃料且高效的发电技术尽快投入商业运行。事实上，作者坚信目前使用化石燃料惟一的最重要问题就是要尽快地发展以上技术。

在近来的有影响力的有关能源供应和发展机构的发展规划中，如美国能源部（DOE）在展望21世纪（Vision21）中，零排放电厂（ZEPP）概念获得最多的关注。即使这样，在美国关于全球变暖的规模以及原因仍然存在尖锐的、不可调和的争论，关于是否需要大规模地投资ZEPP技术也存在许多疑问。还有许多强烈反对执行ZEPP技术的声音，这些都与MIT所预测的不相容。

作者持如下观点：不考虑全球变暖问题，为了保证基本的人权——呼吸清洁空气的权利，也需要ZEPP技术。如果我们居住在河边，没有人能迫使我们去喝被上游房主污染的脏水。上游房主将必须停止污染河流。那么，我们为什么必须被迫呼吸被电厂、锅炉房、小汽车、公共汽车和火车排放污染的空气呢？很明显惟一现实的可行的解决方案是：从技术上、环保方面以及政治层面上协调一致共同促进和推动执行ZEPP技术。(www.xing528.com)

ZEPP技术将是：

●提供经济上可行的洁净电力来满足不断膨胀的能源需求；

●解决关键的环境问题（去除CO₂和其他污染物排放）；

●通过支持采用多样化的化石燃料（包括整体煤气化和煤粉燃烧），来解决能源安全问题；

●主要是通过采用CO₂驱油和驱气的回收技术来降低可持续能源供应的经济成本。

在许多发展的用于ZEPP的方案中，一种最有前景的方案是利用纯氧燃烧气态化石燃料，这种方案采用CO₂、蒸汽或水的再循环来降低纯氧燃烧导致的高温。燃烧后的燃气驱动透平（也称为涡轮机）做功，然后进行热量回收利用，在高压下以液态或超临界态回收CO₂。最近采用致密性陶瓷膜分离氧的技术正在不断获得进步。

每一座ZEPP都产生电力和大量的副产品CO₂。增压的CO₂可以埋存于地下或用作驱油回收，尤其是可以大量存在废弃的油田中。采用CO₂驱油可使油的产量增加20％。在许多地方，利用CO₂从未开采的煤田回收煤层气引起人们极大的关注。欧洲有大量的未开采的煤田。最近，在加拿大、美国和波兰（由一个联合的欧洲研究小组开发）示范运行了采用诸如CO₂回收煤层气的技术。为了准确地提出采用该技术的可能性，美国地质学家V.Kuuskraa评估了世界上可回收的煤层气储量，总量约为150Gt，大约为全球每年石油产量的40倍。德国地质学家D.Juch估计在富煤区鲁尔（Ruhr）煤层气的储量为0.4Gt，相当于欧洲总的石油储量。

在ZEPP中最容易采用的燃料为天然气。相对来讲，它的储量丰富，与煤相比其单位热量更昂贵。国际天然气联盟在其2000年6月的年会上，预测即使少量已知的天然气储量以当前的消费速度也将足以满足全球200年的供应量。与碳氢燃料起源有关的信息对以上乐观的观点提供了一些佐证。