清洁煤的清洁煤

燃煤产生的二氧化碳是一种重要的温室气体，被认为是气候变暖的罪魁祸首。研究人员正在探索解决的方法——就是要将煤转化电能，实现二氧化碳零排放。然而如何要实现这一目标需要解决许多技术问题。需要将煤炭中的硫、铁、石英、硅以及其它一些物质分离出来。近年来，研究人员在这方面取得了很多进展。例如，现在技术能够将将燃煤排放物脱硫98%，这已经不是什么困难，问题是即使提取出这些矿物质，燃煤仍然会产生大量的二氧化碳。 在美国，布什总统最近也宣布了一揽子总投资为20亿美元的清洁煤技术研发项目。“绿色未来”就是其中之一。该项目计划总投入为10亿美元，由政府和企业共同合作完成，目标是建成世界上最大的零排放化石燃料工厂。这一计划将在未来3年内完成。在所有的碳捕获技术中包括一项煤的气化技术。该技术利用蒸气和氧气把煤转化为一种合成气体，其主要成份是氢。然后利用合成气体发电。这种气体的发热量高，而且比煤更清洁，是一种更为高效的能源。它排放的二氧化碳浓度也比直接燃煤产生的二氧化碳高，因此比较容易捕获。收集的二氧化碳将被注下深层地下盐池或是不能开采的煤层隙缝中，还可以直接泵到油气田的底层，利用压力提升油气水平。因此，这一工程得到了很多支持，被认为是一种可以清洁利用煤的很好方法。然而，“绿色未来”项目真正能够实际运用尚需时日。这期间由于煤的价格低，而且比油、天然气的存储量大，煤的开采和使用量在变绿之前还会大幅上升。据世界能源组织预测，到2020年，全世界煤的使用量还将上升43%。而石油和天然气预计40年和60年后将开采殆尽，在这一背景下，清洁煤技术的研发就显得更有意义。清洁煤技术：藏在深闺人不识 2005年2月，旨在限定全球温室气体排量的《京都议定书》正式生效，该条约的签署国已经达到140个。尽管美国是温室气体排放量最大的国家，但它提出将“按照自己的方式解决排放限制问题”，拒绝加入该条约。2003年2月，美国政府宣布将实施一项名为“未来发电”的计划。该计划由美国能源部、私人投资者和国际组织共同投资10亿美元，在5年内完成设计和建造一座煤基零排放电-氢发电厂。这种发电厂的温室气体排放量可以达到“零排放”的水平，即使是排放出了二氧化碳气体，也可以通过技术手段将其“存储”于地下。显然，这是一项面向未来的重要计划。然而，科学家指出：利用现有的技术能否解决当务之急呢？答案是肯定的。今年，美国最大的燃煤电力公司（AEP）已经选好厂址，计划建造一座新型超净洁发电厂，即集成气化综合循环（IGCC）发电厂。人们往往把IGCC看作是“新技术”，但其实它是由两种著名的现有实用技术集合而成，而这两种技术都可以用来实现“未来发电”计划的最终目标。第一种煤炭气化技术。在严格控制温度和压力的条件下部分燃烧煤，使其变为主要是由一氧化碳和氢气组成的浓缩合成气体，其中的杂质如二氧化硫等都很容易被除去。第二种技术是“循环”，这种技术已经在天然气发电厂得到普遍采用，涡轮的驱动力来自于天然气流和废热所产生的气流。最为重要的是，相比之下，从气流中捕获二氧化碳比从传统发电厂的烟囱中捕获二氧化碳要容易实现得多。IGCC发电技术比当今普遍采用的燃煤发电技术先进很多。APE电力部门执行副董事长罗伯特·鲍威尔斯说：“我们已经对这种技术进行了深入的研究。人类从上世纪初已经开始使用煤炭气化技术，这种技术在石油化学工业和石油冶炼工业已经使用了很多年。此外，我们现在就拥有自己的循环燃烧发电厂。因此，上述两种技术都是成熟的和先进的。”除了APE之外，美国国内和其他国家的大型能源公司对煤炭液化技术也十分重视。美国宾西法尼亚州的一个工业财团正计划建造一个工厂，从南非能源业巨人——萨索尔集团引进煤炭液化技术，工厂的设计产量为每天生产5000桶煤炭液化油。皮博迪能源公司也正在计划在伊利诺斯州建一个工厂，利用煤来生产天然气。在美国之外，一些能源公司正在计划建造“纯氧燃烧”工厂，主要使用纯净氧气来燃烧煤，以更易于捕获浓缩的二氧化碳。APE预计，拟建的IGCC发电厂总投资将比传统发电厂高15%—20%。但是，一旦联邦政府颁布实施限制二氧化碳排量的有关措施，这些投资就可以很快回收。由于发电厂一般都位于开阔地带，有足够的空间可以存储发电厂排放出来的二氧化碳，而在这种背景下就可以将这些存储的二氧化碳销售给其他公司，以赚取利润。据估算，IGCC发电厂的收益将比传统的发电厂高出50%，前者的效率也高于后者，在形成一定规模时其成本还将会进一步下降，同时，随着设计水平和所用材料的改进其效率也将会进一步提高。此外，由于捕获得的二氧化碳可以被注入油田以提高石油产量，其废弃物的市场前景也将逐步看好。显然，IGCC是一种成熟技术，所能带来的益处也是显著的，并且可以降低二氧化碳的排放。那么，为什么这种先进的技术不能够被广泛地采用呢？霍华德·赫尔州戈是麻省理工学院的化工专家，他负责管理一个被称为“碳捕获专项行动”的工业财团。赫尔州戈认为：“技术本身并不是一个限制性因素，关键的因素是经济方面的激励”，“从技术的角度来看，我们可以很快实现这一目标。但如果政府不采取鼓励性政策，在这方面将不会有太大的作为。”捕获碳的最终“命运”：不同的选择方案清洁煤技术关键的步骤是捕获煤燃烧后释放的二氧化碳。唯如此，才有可能阻止温室气体的排放。而妥善处理或利用那些捕获的二氧化碳，则成为科学家、世界各大能源公司孜孜不倦地探索的另一个技术课题。将二氧化碳注入地表之下已成为当今增加石油开采量的一种常用方法，但其主要目的并不是永久性地储藏二氧化碳。因此，亟待解决的一个关键问题是：我们能否把二氧化碳安全地存储在我们想存放的任何地方？科学家认为，最安全的办法是将捕获的二氧化碳永久地存储于地表之下的某一个地方。主要方案是将二氧化碳“注入”到地表之下并对其进行矿物化后再埋藏。这种方式的潜在威胁是，一旦这些二氧化碳最终通过其他途径被排放到大气层中，将会导致全球变暖进一步加剧。另一个问题是，如果在努力降低二氧化碳排放量的同时，人类依然增加化石燃料的消费量，那么减排的任务将会异常艰巨：这是因为对二氧化碳液化后再存储的庞大投入，要相当于人类开采原始化石燃料的投入！美国地质学家最近的一项研究成果，给人们提出了这方面的警示。50年前，为了增加石油产量，德克萨斯州一个古油井曾被注满二氧化碳，并用水泥加固管道。不久前，美国洛斯阿拉莫斯国家实验室地质学家乔治·古斯瑞获得了其中一块加固水泥，发现其中的一部分已经出现了斑点，科学家推断这是由50年前存储的二氧化碳和地下水混合后形成的碳酸腐蚀所致。这一结果提醒人们，海底存储的二氧化碳可能会对起加固作用的水泥产生腐蚀，利用这种方法存储的二氧化碳最终仍然有可能会被释放到大气层中。果真如此，削减二氧化碳排量所带来的暂时性好处将会消失殆尽。然而，多数人依然对这种方法保持谨慎的乐观态度，认为人类已基本掌握了正确处理这一问题的大部分技术。截至目前，采用这种存储方法，挪威国家石油公司和达科他煤气化厂都已分别存储了2000万吨二氧化碳；阿尔及利亚的一个天然气田也存储了1700万吨二氧化碳；荷兰的一个项目则存储了800万吨二氧化碳。联合国政府间气候变迁专家小组估计，采用适当的技术可以将所存储二氧化碳总量的99%保留100年以上，随着技术的进步，这一年限有可能增加到1000年。除了对二氧化碳捕获后进行存储、出售给石油公司，用以增加石油产量之外，另外一种方案是利用二氧化碳生产甲醇，它是比氢气更实用的燃料。目前，人类已经吹响了向“氢能经济”迈进的号角。但在这个过程中，除了氢气生产之外，氢气的输送和储藏都需要全新的设施，并且燃料电池技术也必须有实质性的进展。相比之下，“甲醇经济”则相对容易实现。因为利用二氧化碳和氢气生产的甲醇是一种液态能源形式，可以使用目前的设施来输送甲醇，并且甲醇经过改进后就可以作为汽车燃烧使用。美国南加州大学洛克尔碳氢研究所所长、诺贝尔化学奖获得者乔治·奥拉赫教授是“甲醇经济”的积极倡导者，他对此充满信心。他说：“从以碳为基础的经济向‘氢能经济’过渡是一种美好的设想，但真正实现这一目标并不容易，而我们拥有大量可以循环利用的二氧化碳。”