遏止暖化加剧!日本燃煤电厂封装“超临界CO2流体”打入地底

美国总统川普宣布退出阻止全球暖化加剧的“巴黎气候协议”,是于2015年底联合国气候变化纲要公约第21次缔约国大会(COP21)中所通过的协议。各缔约国协议,未来将一起努力让地球气温的上升幅度,控制在与前工业时代相比最多摄氏二度以内的范围,且应努力追求革新的温室气体削减技术。

为了完成COP21的“二度目标”,在2050年前必须将全球温室气体的排放量,控制在240亿吨左右。但世界各国向联合国提出的2030年温室气体排放量,总计约570亿吨。想要完成目标,排放量还要再减少300亿吨以上。

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不过,国际能源总局(IEA)表示,燃煤发电占全球总发电量约4成,这样的趋势仍将持续至2040年。发展中国家需要便宜的煤炭支撑其经济增长和电力需求,因此也不能无视这样的事实。

必须减少300亿吨碳排放量才能完成“2℃目标”。旗标出版

 

日本也有很多与环境、能源开发相关的技术。现在正是日本展现技术力,为完成COP21的“二度目标”,或为了世界更好而贡献己力的时候。

2016年6月日本内阁通过“日本再兴战略2016”,以名目GDP(当年度的产值)600万亿日圆为目标拟定增长战略,2030年度的能源相关投资金额,将增加至28万亿日圆。

捕集、存档CO2,削减排放量
国际能源组织表示,想在2050年前控制全球温室气体的排放,完成COP21的“二度目标”,最有效的方法就是“碳捕集与存档”(CCS),这是指收集从污染源产生的二氧化碳,运输至存储地点并长期与空气隔离存档的技术。

国际能源组织认为,收集和存档燃煤发电等发电设备的二氧化碳,可贡献31%的碳削减量。联合国政府间气候变迁小组(IPCC)则表示,如果不捕集、存档二氧化碳,完成二度C目标的成本就会增加29~297%。

在日本濑户内海的小岛上,已经开始试行减少燃煤发电的二氧化碳排放。

由日本的“中国电力公司”和“日本电源开发公司”(J-POWER)共同出资创办的“大崎CoolGen”公司,于日本广岛县大崎上岛町盖了火力发电厂,在日本经济产业省和NEDO(日本新能源产业技术开发机构)的支持下,试行减少二氧化碳排放的技术。

该公司采用使用两种涡轮机的煤气化联合循环发电技术(IGCC),燃烧净化过的气体,驱动燃气轮机,用燃烧时的热能生成蒸气,推动蒸汽轮机产生电能。由于在驱动燃气轮机前就从高压燃烧气体中收集二氧化碳,因此可提升回收效率。

大崎CoolGen的燃煤发电厂(广岛县大崎上岛町)。旗标出版

 

另外,“东芝”(TOSHIBA)也开始捕集燃煤发电的二氧化碳。东芝旗下子公司“SIGMA POWER有明”所有的“三川发电所”,发电功率4万9千瓩(kW),自2009年起就每天回收10吨二氧化碳。这是日本唯一收集现役火力发电厂二氧化碳的例子。

自2016年起,日本环境省与“瑞穗情报综合研究所”等单位就共同研拟试验计划,希望回收达到日排放量一半的500吨二氧化碳。此计划预计将于2020年以前完成目标。

传统的燃煤发电厂只使用蒸汽轮机,从蒸汽轮机运转过后的低压气体中可以回收二氧化碳,因此电力和发电所需的热能,都消耗在收集二氧化碳上。为了降低耗损,“SIGMA POWER有明”构建了更有效率的二氧化碳收集系统。

尽管“大崎CoolGen”和“SIGMA POWER有明”都已着手回收二氧化碳,但尚未将之存档于地底。必须将之存档,才能真正达到削减的目的。

2016年4月,日本经济省在北海道苫小牧市沿岸,试行大规模的存档。由日本“CCS调查公司”将二氧化碳注入地底深层。存档的方式是在与沿岸“出光兴产炼油厂”相邻的场址,挖掘两口将二氧化碳注入地底的“井”。

其中一口深达海底约1,100至1,200米,另一口约2,400至3千米,钻探角度与地面倾斜。从井口注入特性界于液体及气体间的高压“超临界二氧化碳流体”,沙层就会吸收二氧化碳。2016年4月到5月,总计注入约7,200吨二氧化碳。未来计划每年存档10万吨。

凿井将CO2注入地底的两大难题
如前所述,“碳捕集和存档”的效果显著,不过实际上进行存档时还是会面临几个难题。

第一,对存档场址所当地的环境影响。万一注入地层中的二氧化碳泄漏,会不会影响到地层和海洋?与地震有无关联?针对居民的诸多担忧,都还必须进行深入沟通。全球各地已经有将二氧化碳注入地层的案例,目前状况显示外漏并不会影响环境,也不会引发地震。

日本“CCS调查公司”在井的四周设置多个地震传感器,监测微小震动、温度及压力变化。结果显示,开始注入后并没有监测到微小震动。同公司也在网站和苫小牧市公所架设数字屏幕,公开微小震动等监测记录。

为了获得居民的理解,日本环境省也在研究其他方法,例如避开沿岸渔场,转而在偏远的海上存档二氧化碳,在海上挖掘垂直井直达海底,以船只运送二氧化碳。此计划由“瑞穗情报综合研究所”等检讨环境省支持的“SIGMA POWER有明”试验计划,评估海上存档的影响。

碳存档的另一个难题是成本。根据“地球环境产业技术研究机构”(RITE)的调查显示,从收集到存档,每吨二氧化碳的成本约7,300至12,400日圆。虽然成本会随科技进步下降,但资材等费用却会变高。

日本“CCS调查公司”也基于试行计划算出存档成本,并向日本经产省等单位报告。日本经产省和环境省正在委托“CCS调查公司”,在日本境内寻找3个可以存档1亿吨以上的地层。未来或许要在政府单位带领下,指导发电企业投入成本来存档二氧化碳。

目前世界各国都在发展“提高石油采收率技术”(EOR)和“二氧化碳捕集和利用”(CCU)等技术,前者是将二氧化碳注入油田和天然气田,增加石油、天然气的产量;后者是不存档二氧化碳,将之转化为合成燃料原料和化学原料。这些技术的发展,都必须依赖碳捕集和存档技术的进步。