碳捕集與封存 (CCS) 是一種收集和儲存 CO2 氣體的技術。

碳捕集與封存(Carbon Capture and Storage，CCS)，就是將捕獲、壓縮后的二氧化碳運輸到指定地點進行長期封存的過程。CCS技術包括二氧化碳捕集、運輸以及封存三個環節。根據碳封存地點和方式的不同,可將碳封存方式分為地質封存,海洋封存、碳酸鹽礦石固存以及工業利用固存等。

在將CO2封存到地下之后，為了防止其泄漏和或遷移，需要密封整個存儲空間。目前認為比較可行的辦法是利用常規的地質圈閉構造，它包括氣田、油田和含水層，對于前兩種，由于他們是人類能源系統基礎的一部分，人們已熟悉他們的構造和地質條件，所以利用它們來儲存CO2就比較便利和合算，而含水層由于其非常普遍，因此在儲存CO2方面具有非常大的潛力。

碳捕獲和封存(CCS)是捕獲、儲存或利用CO 2氣體的過程。由于以下幾個原因，CCS 受到了濃厚的興趣：

· 它減少了CO 2排放。

· 它有助于維持已經建成并可能已支付費用的碳基基礎設施的價值(例如燃煤水泥廠)。

· 它有助于維持地下碳基資產的價值，否則這些資產將因脫碳而無法燃燒(例如煤炭、石油和天然氣)。

· 它為石油公司提供了一種在脫碳世界中利用其核心競爭力的方法，因為 CCS 在機械上類似于天然氣開采，只是方向相反。

目前，全世界每年有 4000 萬噸 CO 2通過 CCS 處理(Mt/yr);然而，全球排放量大約高出 1000 倍。由于成本原因，CCS 沒有取得進一步進展，并且缺乏迫使市場吸收這一額外成本的政府干預。然而，在對氣候變化的日益關注和 CCS 成本降低的推動下，CCS 最終可能會流行起來。

要擴大 CCS，需要協調封存地點的調查、CO 2管道網絡的建設以及現有碳基基礎設施的改造。同步需要一個長期戰略，了解 CCS 可能如何展開，并制定相應的計劃。本文概述了 CCS，并討論了長期的 CCS 戰略可能是什么樣子。

什么是碳捕獲和封存?

CCS 包括三個步驟：捕獲、運輸和存儲。

· 捕獲涉及從氣流中提取CO 2 。例如，可以從燃燒天然氣發電的設施的廢氣中提取 CO 2 。在捕獲之前，大約 10% 的廢氣是 CO 2，而其余大部分是氮氣。捕獲需要將CO 2從氮氣中分離出來。

· 運輸通常涉及在管道中 移動 CO 2 。

· 儲存需要將 CO 2置于地下，或以某種方式使用它。存儲成本通常只占 CCS 總成本的一小部分。

隨著來源中的 CO 2變得更稀，提取成本增加。例如，從具有 85% CO 2廢氣的乙醇生產中提取 CO 2 (~$15/tCO 2 ) 比從具有 10% CO?2廢氣的天然氣發電中提取CO 2 (~$60/tCO 2 ) 更容易。更困難的是直接空氣捕獲 (DAC)，它涉及從大氣中提取 CO 2 。空氣中含有 0.042% ( 420ppm ) CO 2，提取成本為數百美元/tCO 2。

為了儲存，通常將 CO?2氣體轉化為壓力≥72 ATM (1058psi) 的液體，并將該液體注入地表以下 800 米或更深處。一個注射到已經有這些壓力的液體的部位，這表明它們可以承受壓力。現有的石油和天然氣田通常是很好的候選者，因為它們的地下動態已經得到很好的了解。有關詳細信息，請參閱DOE 2017 CCS 存儲報告。

當將 CO 2氣體壓縮成液體時，體積減小 3000 比 1，密度變得與水相似(即一立方米重約一公噸)。理論上，人們可以將一年的液態CO 2儲存在直徑為 20.8 公里、高度為 100 米的地下圓筒中(34Gt/yr 全球 CO 2排放量 = 100m x 3.14 x 10,400m^2 / 1e9)。

捕獲世界上 30% 的 CO 2需要多少成本?

世界目前排放大約 34Gt/yr 的 CO 2。如果通過 CCS 處理 10Gt/yr，成本為每噸 100 美元($/tCO 2)，那么全球每年的總成本將為 1T 美元(10G x 100 美元)。如果 16% 由美國處理，那么在達到 1.6Gt/yr 的水平后，消費者每年的成本將為 $160B 。如果建造超過 10 年，那么消費者的成本在第 1 年為 $16B，在第 2 年為 $32B，在第 10 年之后為每年 $160B。公眾對這些數字不滿意;因此，需要進行研發以降低 CCS 成本。

什么限制了 CCS 的部署?

10Gt/yr 規模的 CCS不受地下存儲可用性的限制，也不受技術限制。相反，它受到 CCS 成本的限制，從 40 美元到 150 美元/tCO 2不等。較低的數字適用于具有高濃度 CO 2的過程，例如乙醇生產。然而，在大多數 CCS 應用中，成本超過 100 美元/tCO 2。

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