碳捕獲技術正在顯著改進

一家美國實驗室正在尋求建立一個全國性產業

國家能源技術實驗室（NETL）以其廣泛的實驗而聞名。

它現在正在努力解決可能是有史以來最棘手的問題：如何刺激三個新產業的技術，以捕獲、運輸和儲存化石燃料產生的、導致氣候變化的排放物。

該實驗室，像其他能源部實驗室一樣，透過與工業界和大學的合作開展工作。根據其最近的經驗，它估計捕獲、運輸和儲存二氧化碳最終將創造“數萬個就業崗位”。

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這項工作通常會使用與化石燃料行業所需的技能相似的技能，包括燃煤發電廠和其他遭受就業崗位損失嚴重打擊的行業。該實驗室的前身之一，被稱為匹茲堡實驗站，成立於1919年，旨在幫助解決煤礦開採和新興的石油和天然氣行業的問題。

一個世紀後，NETL找到了新的合作伙伴。其中包括蒙斯塔德技術中心。蒙斯塔德是挪威的一個工業場所，擁有一家煉油廠和一個發電廠，政府對它們進行了改造，以測試捕獲二氧化碳排放的最新裝置。其中一些裝置安裝在煙囪頂部。

直到最近，從煙氣中去除二氧化碳一直很困難、昂貴且常常令人沮喪。雖然這種看不見的氣體有能力使地球變暖，但它只是發電廠排放物中相對較小的成分，從天然氣發電廠煙氣中的低至 4% 到燃煤廢氣中的 15% 不等。二氧化碳也難以從伴隨的氮氣和氫氣中分離出來。

蒙斯塔德為 NETL 提供了世界上最大的實驗室，以觀察如何實現這一目標。NETL 目前正在那裡測試四種美國碳捕獲工藝。即將測試的另一種工藝是由加利福尼亞州的 SRI 國際（前斯坦福研究所）發明的，這項工作可以追溯到 2006 年。

SRI 專案經理 Indira Jayaweera 預測，這項技術將是第一個透過在室溫下執行來節省能源，同時不會向煙囪排放任何自身化學物質的技術。

她在一次採訪中說，該裝置與早期版本的她稱之為“混合鹽工藝”相比，具有“更高的處理排放物的能力”。

總部位於德克薩斯州的國際石油和天然氣工程公司 Baker Hughes Co. 於 3 月份購買了該工藝的國際營銷權。它正在構建所謂的碳捕獲裝置“組合”，可以吸收來自發電廠或工業設施的煙氣，並提取純二氧化碳。該工藝使用由氨和鉀製成的廉價化學鹽溶液。

在蒙斯塔德的實驗之後——假設該技術通過了測試——SRI 裝置的完整版本將安裝在伊利諾伊州厄巴納的一家燃煤發電廠。

Baker Hughes 執行副總裁 Rod Christie 在一份新聞宣告中表示，這項發明將以較低的成本捕獲二氧化碳，“使其成為商業應用的理想選擇”。這正是 Baker Hughes 正準備進入的全球市場。

其他最近的發明也將形成競爭。NETL 還在與各種型別膜的製造商合作，這些膜聲稱可以從煙氣中去除二氧化碳。

還有一種工藝可以完全避免碳捕獲，而是將排放物捕獲在未加工的水泥塊中。這將它們儲存起來以備將來使用，並且似乎不會削弱水泥的強度。

NETL 在 2018 年發現了這個概念，並開始與加州大學洛杉磯分校 (UCLA) 的一個研究團隊合作以完善它。4 月，加州大學洛杉磯分校的團隊利用該工藝在 XPRIZE 競賽中擊敗了來自七個國家的 38 個團隊。

在 3 月份進行的一項測試中，總共生產了六批水泥，其中四批來自燃煤煙氣，兩批來自天然氣煙氣。它們產生了 5,000 多個混凝土砌塊，捕獲了 75% 的二氧化碳。

NETL 的專案經理 Andrew Jones 解釋說，該工藝為使用波特蘭水泥製成的傳統混凝土砌塊提供了替代品。結果不僅僅是一場小小的勝利：他指出，每年生產超過 200 億公噸的混凝土。

Jones 補充說，波特蘭水泥對於當前硬化混凝土的工藝至關重要，但因為它需要高熱量（通常是燃煤熱量），因此會導致全球 10% 的二氧化碳排放量。

一旦二氧化碳從美國排放物中去除，最經濟高效的儲存方式是將其注入地下岩層。

根據 NETL 的碳儲存研究負責人 Mark McKoy 的說法，並非所有地層都適用。捕獲的二氧化碳必須在高壓下注入地下 3,000 英尺或更深的位置，以找到多孔岩層，如砂岩。那裡的壓力將氣體擠壓成所謂的超臨界狀態，這是一種接近液體的狀態，其體積約為以前的 1%。

在這種狀態下，它可以被推入岩石中的小空間或孔隙中。如果上面有不透水的蓋層岩石，它將永久地留在那裡，但必須仔細選擇和測試場地以防止洩漏。

McKoy 在最近的一次 NETL 網路研討會上說：“與美國的二氧化碳排放量相比，有很大的儲存能力。”“現在我們正在考慮建立一個碳儲存行業。我們希望這對我們的社會來說是負擔得起的，並且我們希望支援早期的示範專案。”

根據 NETL 的說法，選擇的儲存地點並非總是在附近，這將需要第三個行業：一個全國性的二氧化碳管道系統，將捕獲的氣體輸送到選定的地點。

在得克薩斯州等石油資源豐富的地區，存在為輸送二氧化碳而建的現有管道網路。但它們使用的是從地下開採的二氧化碳，並透過管道輸送到枯竭的油藏。在那裡，氣體被重新注入以排出剩餘的原油，以便可以用作燃料。

總部位於明尼阿波利斯的環保組織大平原研究所 (Great Plains Institute) 在 2018 年幫助說服國會為那些使用從煙囪或工業過程中回收的二氧化碳來排出更多石油的公司提供稅收抵免。

該抵免額位於美國稅法中稱為 45Q 的一部分。去年 6 月，GPI 釋出了一份報告，稱在未來 30 年內，建立一個用於分配二氧化碳的“超大型”全國管道系統將更便宜，部分原因是稅收抵免，以減少排放。

它還將幫助更多公司直接從大氣中去除二氧化碳，並將其運輸到有用的或防洩漏的儲存地點。

在 GPI 和 NETL 研究人員估計新興的碳捕獲行業（包括儲存和管道系統）將需要的“數萬個就業崗位”中，許多所需的技能與現有行業中使用的技能非常匹配。

石油和天然氣行業經常使用將二氧化碳注入地下的地質和工程知識。

McKoy 說，現有的管道建設行業有能力建設全國性的二氧化碳管道系統。至於建設三個新行業所需的創新，他預測“精明的個人將能夠創辦企業，並且許多現有企業將希望轉型”。