背景
近几年，我们会对气候的变化感受深切：极端天气增多，冬天持续温暖，冰川融化加剧——大气温室气体增多导致的气候异常，已多次以严厉的方式在向人们提出警告：再不控制二氧化碳的排放，人类将会受到更大的惩罚。目前,世界多数工业国家已签署了针对二氧化碳减排计划的全球性公约——《京都议定书》，“减排”成为世界性的任务和目标。于是对工业产生的二氧化碳的回收与利用、捕集与储存已成为全球关注的“热点”课题。那么，如何能有效控制二氧化碳排向大气？这些都是摆在我们面前的课题……
地球上碳的存在形式已经发生改变：“地下碳库”正以较快的速度流向“大气碳库”
记者：我们知道，二氧化碳等温室气体的排放导致了全球气温升高、气候变暖，这可能对人类及整个自然界产生影响，全世界都在关注着这个问题，所以我们今天来请您谈谈如何减少大气中的二氧化碳的含量。那么，首要的一个问题就是目前到底我们的大气中已经 “容纳”了多少二氧化碳？
金涌：人类社会，特别是到了近代工业社会以后，生产生活需要消耗大量的能源，煤、石油等化石能源被大量开采，而正是这种开采和消耗使地球上“碳”的存在形式发生了改变——原来在地下的煤和石油中，属于“地下碳库”，燃烧之后以二氧化碳的形式排向大气，致使地层中沉积碳库的碳以较快的速度流向 “大气碳库”。本来大气中是可以而且必须有二氧化碳的，因为它是植物进行光合作用的主要原料，可以转化为氧气释放到空气中，为其他生物所利用。但是由于我们使用了太多的化石能源，使大气中的二氧化碳迅速增加，就会引发温室效应，对人类以及整个地球环境系统可能产生危害。 18世纪中叶，大气中二氧化碳的浓度约为280ppm （1ppm为百万分之一）。目前，全世界每年向大气排放的二氧化碳总量在300亿吨左右 （我国的排放量约占世界总量的13%）。 2008年11月25日，世界气象组织的报告指出，2007年大气中二氧化碳的平均浓度为383.1ppm，比2006年增加了0.5%，为历史最高水平。联合国政府间气候变化专门委员会表示，到2015年，世界温室气体的排放量将达到最高。形势十分严峻。
记者：有了近代工业才有了二氧化碳等温室气体的过量排放，那么“二氧化碳之源”在哪里，也就是说这么多的二氧化碳主要来自哪些工业？
金涌：化石能源（煤、石油等）的燃烧、使用，是产生大量二氧化碳的根本原因，所以，如火力发电厂、建材、陶瓷、水泥、玻璃、冶金及石油化工等行业都燃烧化石燃料，不但耗能巨大，也成为最主要的排放源，其中火力发电是排放二氧化碳的最大行业，约占全球人类活动排放二氧化碳的1／4。
记者：面对二氧化碳排放的严峻形势和《京都议定书》的签订，包括我国在内的世界各国都在努力减少二氧化碳排放，力度之大，前所未有。那么，从减少二氧化碳排放这个角度，请您再给我们谈谈应该采取怎样的减排思路和对策呢？
金涌：有这样几个思路。我们要减少大气中的二氧化碳，一是在工业生产本身产生更少的二氧化碳。二是如果产生了，也不让它进入大气中去，而是通过技术手段把它回收、利用、转化或使其重新埋藏于地下。三是排到大气中后，被更多的森林等植被有效吸收。这三种方式不同，但总的目标是减少大气中二氧化碳的藏量。其中第一、二方面直接作用于我们的生产、生活和经济建设中，所以，其实质就是要在经济运行中实现低碳经济。 “低碳经济”一词最早正式出现于2003年的英国能源白皮书《我们能源的未来:创建低碳经济》,是指以低能耗、低污染为基础的绿色生态经济。基于这一理念，低碳经济的主要内容应包括：合理调整产业与能源结构，围绕能源及化学品的生产、运输、分配、使用和废弃全过程，开发有利于节能和降低二氧化碳排放的技术与产品，关注其捕集、重复利用和埋藏，制定配套的政策，以实现节约能源、保护自然生态和经济可持续发展的总目标。
记者：“低碳经济”给我们指明了方向，但我们怎样在工业生产中不产生或少产生二氧化碳？我国正在实施的“遏制高耗能、高排放行业过快增长”、“关停小火电机组”等措施是否都是在进行这方面的努力？
金涌：既然二氧化碳主要来自火力发电、水泥、钢铁、化工等行业，那么我们就要对其进行重点“照看”，通过经济结构调整和技术进步提高能源利用效率、实现减少排放。而且在我国，这些行业节能潜力与减缓碳排放的潜力都十分巨大。比如，钢铁企业，采用可循环钢铁生产流程，使能源高效转换利用再进行发电或水泥生产，可大大降低钢铁及相关工业总能耗，减少二氧化碳排放量。再如我国的回收废旧物资总量已达到8400多万吨，对这些再生资源（垃圾）进行充分利用，不仅使废物资源化，而且也保护了环境，减少二氧化碳排放量，如每利用1吨废铜，相当于少开采100吨至200吨矿石，少产生100多吨工业废渣,少产生几十吨的二氧化碳。另外一个重要措施大家可能都能想到，那就是发展可再生能源、绿色能源，如风能、太阳能、核能、海洋能等，代替化石能源。 2006年我国可再生能源利用量已经折合2亿吨标准煤，占一次能源消费总量的8%，这就相当于减排约6亿吨二氧化碳。可再生能源是大方向，我想今后所占比重会越来越大。除了可再生能源外，我们对化石能源的使用也要有新的认识，比如，燃烧不同燃料获得的单位热量需排出的二氧化碳量是不同的，以煤为最高，天然气为最低，所以，如果大规模投资建设由煤生产燃料油装置,这显然是极不合理的。再如煤层气，也是一种与天然气相同的洁净的高热值的气体能源，在煤炭开发过程中回收煤层气并加以利用，不仅可以增加洁净能源的供应，改善煤矿安全，还可以减少甲烷的排放。
通过捕集、回收和转化，二氧化碳可变“害”为宝
记者：我们知道，二氧化碳是一种重要的化工原料，您刚才也提到了我们可以通过技术手段把它回收、利用，而不是直接排到大气中去，那么，对二氧化碳我们能用它来做什么，如何利用？
金涌：二氧化碳有其产生温室效应不利的一面，但也可作为一种重要的化工资源为人所用。我们都知道汽水里有二氧化碳，这是其用于饮料碳酸化，在食品工业中还可以把它作为制冷剂用作食品的保鲜、冷却、储藏；二氧化碳的固态就是我们说的干冰，用于人工降雨、灭火等多个方面。再如，在电焊作业中二氧化碳气体保护的电弧焊法已广泛应用，焊接成本低，生产效率高。目前，国内外二氧化碳在轻工业、机械工业主要应用在饮料、焊接、铸造、低温萃取、金属加工、金属切削、冷处理、激光、医疗、食品保藏等方面。同时，各国都在努力开发二氧化碳的化学合成工业，比较成熟的技术如用二氧化碳制造水杨酸、与氨气反应合成尿素等。碳酸二甲酯是近年来受到国内外广泛关注的环保绿色化工产品，它可以用二氧化碳做原料来生产；我们还可以以焦碳为原料，以二氧化碳为气化剂，经还原法制备一氧化碳。用二氧化碳为原料已经工业化生产出尿素、碳酸氢铵、硼砂等无机化工产品和双氰胺、碳酸丙烯酯等众多有机化工产品。
记者：除了食品行业应用外，现在或将来还有哪些应用能够大规模利用二氧化碳，或者说还有哪些研究热点？
金涌：天然气（甲烷）是一种富含氢原子的原料，可以与二氧化碳反应，生产氢碳比为2∶1的合成气，用于甲醇合成。因此，甲烷与二氧化碳综合使用是实现大规模二氧化碳化学利用的有效途径，而这里的二氧化碳就可以从工业尾气中回收，所以这一技术具有重要的战略意义和实用价值，成为各国研究热点。二氧化碳还可用作“肥料”，称为“气肥”。在一些国家地区，农民开始利用炼油厂等排放的工业二氧化碳输入塑料大棚种植蔬菜和鲜花，取得很好的效果，产量明显提高。用二氧化碳作为原料还用于全降解塑料生产，再加工成我们日常用的饮料瓶、快餐饭盒，目前这项技术在我国已经实现产业化。
二氧化碳的另一项重要功能不能不提，那就是萃取。二氧化碳超临界萃取技术是国内外正在发展的一种新型的二氧化碳利用技术。什么是萃取呢？举个例子说，我们用的大豆油，除了压榨得到之外，还有一种办法，就是把大豆泡在液态（即超临界状态）的二氧化碳里，大豆里的油脂就会被浸出，然后再将油和二氧化碳分离。二氧化碳作为超临界萃取剂，具有临界条件容易达到，化学性质稳定，无色无味，无毒，安全性好,价格便宜,容易获得等优点，在天然药物或天然香料中提取高附加值的有效成分等多个方面发挥重要作用。另外，二氧化碳也可作为泡沫塑料的清洁发泡剂利用。
记者：原来二氧化碳可以有如此多的应用。这样看来，火力发电、炼油、水泥等工业排放的二氧化碳就有了用武之地，但是这些工业得到的尾气中往往不是只有二氧化碳，而是多种气体成分混合在一起，如果是这样，还不能直接应用二氧化碳吧？是不是需要分离和提纯？
金涌：是的，目前除了酒厂酒精发酵产生的二氧化碳纯度较高外，许多行业排出的工业尾气中的二氧化碳所占比重高低不同，一般不能直接应用，所以需要通过技术提高二氧化碳的含量或进行分离和提纯，我们称之为二氧化碳的捕集。比如在进行水泥窑燃烧时，如果以氧气或富氧替代空气，则尾气中的成分会以二氧化碳为主，这样就便于收集利用或贮存。我们还可以建立燃烧后的捕集系统，如对含有二氧化碳与氮气的尾气可采用化学溶剂吸收、化学循环等技术使其两者得到分别排放。目前的研究热点是能够有效吸附二氧化碳的各种吸收剂，如离子液体等。
记者：捕集得到纯度较高的、符合使用要求的二氧化碳，实现对二氧化碳的资源化利用，这确实是令人欣喜的事情。
金涌：是的，二氧化碳通过回收利用可以作为新碳源来对待,即通过化学、光学、电学、生物化学等全新的技术将二氧化碳转化为各种有用物质,可取得不错的经济效益和社会效益。但是也应该看到，二氧化碳的化学利用除了作为保鲜剂、食品添加剂外，许多方面还不是很成熟，有些在技术上虽然有突破，但离产业化和工业化还有距离。同时，即使有更多的产业化，也多是对二氧化碳千吨级、万吨级的应用，这对于每年世界200多亿吨的排放量来说，是占很小比例的，所以我们要全面地认识这个问题。
把二氧化碳注入地下埋存被认为是最有前景的减排手段，一些国家正在尝试中
记者：那么，是否还有其他更好的办法能够大规模减少向大气中排放二氧化碳？
金涌：二氧化碳的收集封存是目前国际上大规模减少向大气中排放二氧化碳的重要手段，即把化石燃料燃烧产生的二氧化碳进行收集，并将其安全地存储于地质结构层中，从而减少其排放。这种方法在上世纪70年代被提出，但直到上世纪90年代初，这种概念才得到认可，目前二氧化碳地质埋存因其存储规模大、技术可行已被广泛认为是一种潜在的、可供选择的减排方案。
记者：把二氧化碳埋在地下？这是个令人遐想的方式。仅仅是埋存吗？可以埋在任何地区的地层中吗？不会发生泄露吗？
金涌：目前世界上已有这样的二氧化碳地质埋存示范项目近30个、地质埋存研发项目70多个，主要的国家有挪威、加拿大、美国等。埋存的地点和地层空间也不是随意的，埋存主要选择采空的油气层储存、强化采油回注储存、深部的盐水储层、不能开采的煤层以及深海等。而且，其中的强化采油回注储存并不是简单的埋存，在某种程度上可以说是对二氧化碳大规模的利用。我们知道，通过几十年的大规模开采，许多油田面临枯竭，或者说所蕴藏的原油埋存深而且分散，开采难度越来越大，而把二氧化碳作为驱油材料注入油气田下，一方面加大了压力，另一方面二氧化碳易与油混合，流动性增强，使藏在较深层的或岩缝里的大量石油 “涌”向地表，易于开采，用这种方法一般可提高石油采收率10%至15%。而且，每增产1吨原油,二氧化碳的消耗量达3吨至7吨，想想我们每年要开采上亿吨的石油，所以这种强化驱油的方法是最大规模回收和利用二氧化碳的途径。这些已经开采的油气层和废弃的油气储层地质特征清楚，注入和埋存二氧化碳也就有据可依，不会产生不良影响。
记者：那么，向已不能开采的煤层注入二氧化碳也有同样的作用吗？为什么还可以向地下盐水储层注入呢？
金涌：煤层有很大的存储能力，是储藏二氧化碳的有利场所之一。通过试验研究表明，注入2倍体积的二氧化碳可以取替一个体积的甲烷气体，因此，向煤层特别是不具有煤开采能力却具有甲烷开采能力的煤层中注入二氧化碳，既可提高甲烷气体的回采率，又可储存大量的二氧化碳，是一种非常有前景的碳储存技术。地层深部盐水层具有巨大的储碳能力，二氧化碳溶解在水中，部分与矿物质慢慢发生反应，形成碳酸盐,实现二氧化碳的永久埋存。还可以进行海洋储存，尤其是深海储存，是有可能实现大规模长期储存二氧化碳的理想方式，但涉及技术、经济、环境影响等一系列复杂的问题有待解决,故目前尚处于探索阶段。挪威在北海海上Sleipner油气平台从1996年开始，将天然气中的二氧化碳进行捕集，已向海底深层盐水层1000米处注入了1000万吨二氧化碳。
记者：把二氧化碳埋存在地下的成本如何？目前世界上对这一重要的可以实现二氧化碳资源化和真正减排的措施的态度如何？有可以借鉴的措施和行动吗？
金涌：总体而言，这些利用天然储层储存二氧化碳的方式比较安全，有较充裕的储存能力，比如仅全球哀竭的油、气田二氧化碳储存潜力约1万亿吨，技术也有成功的示范，所以日益引起各国及各大石油、化工企业的重视，特别是西方发达国家，因为有《京都议定书》的“压力”，更是把这个办法当成目前减排的最重要的探索。
美国在利用注入二氧化碳来提高油气回采率方面世界领先，每年用于该目的的二氧化碳约为3000多万吨，而且由于这种二氧化碳地质储存途径可获得回采出来的石油、天然气，因此更加受到较大规模的应用。比如美国的煤炭资源约6000亿吨，其中绝大多数的资源由于煤层厚度、深度和构造等原因而无法开采。而许多这样的煤层就位于发电厂下方，这样就可以把发电排出的二氧化碳进行捕集注入到煤气层，对煤层气进行有效的回采，再用采上来的煤层气进行发电，这样不但用较低的成本降低了二氧化碳的排放，还增加了能源利用。另外一些二氧化碳排放源附近有深部盐水层分布，于是开展了向深部盐水层注人废液或油气开采卤水的工程。其他国家如加拿大的Weyburn项目从2000年开始,每天将5000吨的火力发电厂排放的二氧化碳灌注到油田中。法国、英国、美国等国家也正在进行地下埋存。目前我国许多油田也都采用了注入二氧化碳的方法开采油气、储存二氧化碳，取得了良好的效果。
目前影响二氧化碳存储减排的主要障碍是二氧化碳捕集分离的费用比较高，或者说捕集本身能耗较大，过程较复杂，捕集能力低等都是制约大规模应用和存储的条件。如果很好地解决了降低捕集分离的成本、提高捕集效率的问题，二氧化碳的驱油和地下埋存的前景将更加广阔。
来源：辽宁新闻网
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