煤炭利用:让我欢喜让我忧
人类对煤炭的感情,用“爱恨交加”来形容是最贴切不过的了。
一方面,煤炭是世界最主要的能源之一。全球能源消耗总量的24%、电力供应的40%来源于煤炭。另一方面,燃煤释放的大量bet88 kèo,也是全球温室气体增加的主要原因之一。燃煤释放的bet88 kèo量是天然气的两倍,位居各种化石燃料之首。
从储量来看,煤是全球储量最丰富的化石燃料,人类对其利用和依赖程度正在逐步增加。世界煤研究所发布的报告指出,全球煤储量可以继续供人类使用164年,而石油储量仅够人类使用41年。据美国自然资源保护委员会估计,到2020年,全球燃煤发电厂的总装机容量将超过70万兆瓦。
煤炭的大量燃烧带来了巨大的副作用。美国普林斯顿大学的研究结果显示,目前全球每年向大气层排放70亿吨碳,这个数字是上世纪50年代的三倍,他们预计到2055年该数字还将翻一番。如果换算成bet88 kèo的排放量,这一数字将会增加2.7倍!全世界bet88 kèo排放量按照这种速度增长,大气层中bet88 kèo的浓度将达到工业化之前的三倍,最终将导致全球气温上升到3亿年前的水平,而那时海平面比目前高出15—30米!
尽管煤炭燃烧是导致全球温室气体增加的重要原因,但人类未来的发展仍须依赖煤,这是一个无法回避的事实。因此,寻找更为bet88 kèo的煤炭利用方式,减少向大气层中排放二氧化碳的数量,已经成为人类解决这一问题的唯一出路。
尽管bet88 kèo煤技术听起来很新鲜,但实际上这项技术早已经很成熟了。普林斯顿大学“减缓碳专项行动”的研究结果表明,如果利用现有的技术成果实现一项综合性的战略,每一项具体战略计划每年减少10亿吨的碳排放量,那么在未来50年内,如果部署七项以上这样的战略计划,人类就可以实现碳排放量持续减少这一目标。
bet88 kèo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bet88 kèo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bet88 kèo比从传统发电厂的烟囱中捕获bet88 kèo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bet88 kèo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bet88 kèo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bet88 kèo,而在这种背景下就可以将这些存储的bet88 kèo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bet88 kèo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bet88 kèo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
bet88 kèo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bet88 kèo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bet88 kèo。因此,亟待解决的一个关键问题是:我们能否把bet88 kèo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bet88 kèo永久地存储于地表之下的某一个地方。主要方案是将bet88 kèo“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bet88 kèo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bet88 kèo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bet88 kèo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bet88 kèo,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bet88 kèo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bet88 kèo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bet88 kèo最终仍然有可能会被释放到大气层中。果真如此,削减bet88 kèo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bet88 kèo;阿尔及利亚的一个天然气田也存储了1700万吨bet88 kèo;荷兰的一个项目则存储了800万吨bet88 kèo。
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bet88 kèo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bet88 kèo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bet88 kèo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bet88 kèo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bet88 kèo。”
技术应用:春天不再遥远
美国2006年《国情咨文》中指出,由于美国经济目前对石油过度依赖,必须开发新的技术减少对石油的依赖,因此提出了bet88 kèo能源研究的七项设想,认为“美国目前应该用令人难以置信的速度开展这方面的研究。”
然而,现实情况并不如此,科学家们认为:人类已经有几种很好的技术选择可以实现这一目标,核心问题是政府要在政策上进行调整。正如麻省理工学院的赫尔州戈所说:“如果没有一项公共政策来强制性规定排放碳必须付出代价,那么相对于捕获碳并存储碳而言,将bet88 kèo直接排放到大气层中永远是一个实惠的选择。”
令人感到欣慰的是,全球限制bet88 kèo排量的步伐已悄然迈动。欧盟去年已提出了一个“碳交易系统”,该计划正在处于试行阶段。在美国国内,尽管受到汽车制造商的种种阻挠,加利福尼亚州仍坚持提议要限制汽车的温室气体排放量。赫尔州戈相信:随着时间的推移,各国政府会采取法规措施来限制bet88 kèo排放量。
毫无疑问,AEP公司的做法是超前的:做好充分的技术准备,一旦联邦政府采取措施限制bet88 kèo排放量,公司就可以“有备无患”。
对于bet88 kèo煤技术,人们有理由相信:冬天到了,春天还会远吗?
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“欧盟温室气体排放交易计划”简介
2002年,欧盟批准《东京都条约》。根据该条约的要求,要逐步削减全球温室气体的排放总量,2012年排放总量要比1990年的总量减少5%。为了实现这个目标,欧盟主要依靠的是市场机制。欧盟成员国的所有公司(例如煤电厂、石油发电厂等),只要其设备在运作过程中向大气层排放bet88 kèo,都将被配给一定数额的“法定限排量”,这一指标是该公司每年免费向大气层排放温室气体的最高限量。欧盟规定,各公司之间可以相互有偿转让“法定限排量”。也就是说,每一个公司都可以根据自己的实际排放情况,通过市场机制向其他公司购买或者出售一定的“法定限排量”。
从理论上讲,bet88 kèo“法定限排量”交易市场提供了一种激励机制,它鼓励各公司降低自己的bet88 kèo排放量,把排放量控制在自己的法定限额之内,避免花费额外的资金购买超标的排放量,并尽可能地将自己“法定限排量”的剩余部分卖给其他公司。2005年1月,欧盟开始实施这一“温室气体排放交易计划”,但是,目前竟然遇到了一个当初未曾预料到的问题。
最近,挪威一家名为“点碳”(Pointcarbon)的研究公司的一份报告指出,截至今年5月,欧盟一些成员国和其总部披露的一些数据显示,在“温室气体排放交易计划”实施的第一年中,大多数欧盟成员国向本国公司配发的“法定限排量”多于他们的实际需求,各国配定的法定限排总量比实际排放总量还多6700万吨,相当于比实际排放总量多3.4%。这一结果使市场交易双方大为困惑,并引起了连锁反应。自上述计划实施以来,欧盟的温室气体法定限排量交易市场稳步增长,消息披露后法定限排量的交易价格骤降:从原来的每吨30欧元猛跌到10欧元以下。
欧盟法定限排量交易价格的猛跌,意味着各公司消减其温室气体排放量的动力也相应减少。
对此,瑞典查莫斯大学物理资源理论教授克雷斯蒂安·阿扎尔认为,欧盟在配定“法定限排量”方面过于慷慨。由于在2007年底之前为上述计划的“试验期”,因此2007年之前欧盟在限制温室气体排放量方面不大可能取得实质性的进展。要实现既定的排放量目标,欧盟真正要做的则是减少各国政府配给的“法定限排量”。
提高能效是减排的最佳途径
美国普林斯顿大学“减缓碳专项行动”的研究结论认为,利用目前节能效率最高的商用建筑和民用住宅建筑技术,就可以大大削减bet88 kèo的排放量,削减量最多可相当于800座10亿瓦特级的发电厂所排放的bet88 kèo量。此外,如果将目前汽车的效率提高一倍(利用现有技术就有可能做到这一点),则可以取得同样的效果。因而,如果这两种措施双管齐下,每年减少的bet88 kèo排放量,则相当于1600座10亿瓦特级的煤发电厂所排放的bet88 kèo量,远远超过了全球现有煤电厂的总数!
很显然,即便我们部分地采取了上述措施,所带来的效益也是非常可观的。那么,为什么能源利用效率无法根本提高,bet88 kèo排放量与日俱增呢?问题到底出在哪里?
美国劳伦斯国家实验室负责建筑效率研究项目的科学家斯蒂芬·塞尔库韦特兹对此做出如下的生动解释。
在某能源公司的会议室里,5名大权在握的人做出决定:投资数十亿美元建造一座发电厂,这样就可以为25万个家庭提供电力服务。此决定做出后,25万个家庭也确实因此受益。但是,为实现节能目标,让这些家庭每家都更换10个节能灯泡、购买一台更为节能的电冰箱和空调机,这些工作努力将会是非常巨大的工作量。
美国能源效率联盟的研究结果显示:政府将能源税收的大部分用于支持能源(尤其是化石燃料)供应环节,只有14%%用于提高效率和减少消耗。前者的最终后果是不断增加bet88 kèo的排放量,后者则是减少了排放量。即便如此,从成本的角度来看,后者所产生的效益等于甚至好于前者。
我们可以从照明的角度来考察节能的效果。在美国,煤发电占全国电力供应的一半,商用建筑和民用住宅建筑占美国电力消耗总量的三分之二。在各类商用建筑所消耗的电力中,35%%用于照明,而照明用电占民用住宅耗电量的20%%。塞尔库韦特兹指出,如果积极采取节能措施,例如选择更好的建筑设计方案、效率更高的光源以及更为敏捷的传感和控制系统,每年所节约的用电量就相当于40座10亿瓦特级发电厂的发电量。这样,就可以很容易地将商用建筑照明用电量减少一半。
毫无疑问,在提高能源利用效率方面的投入最终将带来可观的效益。美国立研究院2001年的一项研究发现,能源部曾对3个小型节能研究项目进行资助,其最终成果分别是荧光灯用的电子镇流器、冰箱节能压缩机和低辐射窗罩,并且都得到了广泛应用,当时已累计实现的节能费用就高达300亿美元。
然而,美国政府好像对此视而不见,并没有表现出任何改变其政策支持重点的迹象。在政府提出的2007年预算草案中,用于提高能效的研究经费遭到进一步削减,能源部能源效率和再生能源办公室的预算额为5.17亿美元,比上一财年减少了1.12亿美元。此外,对提高能效研究方面的有关激励也将会进一步减少。
(来源:阿里巴巴化工价格库)
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