根据有关科学全书的解释，碳捕集与储存是指从工业设施和发电厂产生的化石燃料排放中回收二氧化碳，并将其转移至可以防止其进入大气的地点，以减缓全球变暖。

这是一个三阶段的过程，其中二氧化碳从源头分离或捕获，然后经过处理和运输，被储存在安全的长期储存地点。从排放物中分离二氧化碳，以降低进入大气中的二氧化碳排放量，是碳捕集与储存的主要目标。

碳捕集与储存可以应用在哪些领域？

碳捕集与储存技术的主要目标是主要工业和固定排放源，如发电厂、水泥厂和炼油厂，以及二氧化碳排放的大型点源，如生物质发电厂、化工厂或水泥窑等工业源。

碳捕集与储存还可以应用在碳基能源设施和领域，如钢铁和水泥生产、天然气加工以及化石燃料为基础的氢气生产等，这些领域产生了最大量的二氧化碳排放。

二氧化碳如何被捕集和输送？

大型工业和固定源，如发电厂和天然气厂，可以捕获二氧化碳。从化石燃料中去除二氧化碳可以通过后燃烧、预燃烧和富氧燃烧这三个步骤来完成。吸附、膜气体分离、化学循环和气体水合等是从大气中去除二氧化碳的其他技术方法。

然后，二氧化碳通过管道进行简单的输送，这是一种相对廉价、安全和可靠的方法。此外，还可以使用船舶、火车和罐车进行输送。

捕集的二氧化碳存储在哪里？

固体碳酸盐和深层地质形成是存储捕集二氧化碳的可行选项。与矿物碳酸盐储存相比，地质形成被认为能够提供更多的储存容量，而深层咸水沉积、煤层、历史上的油气储层是最常用的地质形成。

碳捕集与储存技术如何有助于减少碳排放？

碳捕集与储存的主要目标是减少温室气体排放，减缓全球变暖。政府和企业正寻求通过探索潜在的碳捕集技术来减少排放，以实现净零排放的目标。根据政府间气候变化专门委员会（IPCC）的报告，配备碳捕集与储存技术的发电厂与不配备该技术的发电厂相比，可以将大气中的CO2排放减少约80-90%。

国际能源署（IEA）的一份关于碳捕集技术重要性的报告指出，为了实现与能源相关的可持续发展目标（SDGs），碳捕集技术对于产生可调度的低碳电力至关重要。到2040年，全球5%的电力将来自使用这些技术的电厂。在IEA可持续发展情景下，配备碳捕集与储存技术的煤炭和天然气发电厂在构建安全、廉价和可持续电力系统方面具有重要意义。

通过碳捕集与储存技术，电力系统的整体成本可以降低。IEA的分析显示，从2020年到2060年，如果全球能源系统中的CO2储存可用性受限，电力行业的边际减排成本将从约每吨250美元上升至每吨450美元。

碳捕集与储存技术面临的挑战

尽管有许多优势，但碳捕集与储存仍然面临着重要的实施障碍。产品的高价位，特别是在收集和压缩阶段所需的能源和设备方面，是主要障碍之一。根据IPCC的报告，配备碳捕集与储存系统（并具有地质或海洋储存能力）的发电厂所需的能源约为没有该系统的发电厂的10-40%。其中大部分额外的能源用于捕集和压缩。碳捕集与储存技术会导致配备该技术的燃气电厂燃料需求增加15%。根据估计，配备碳捕集与储存技术的发电厂的电力成本将因为额外的燃料、储存和其他系统支出而增加30-60%。

另一个问题是，由于地质空间有限，储存二氧化碳可能具有挑战性。在某些情况下，储存库的泄漏也可能发生，对附近居民构成健康风险。深海储存将加剧海洋酸化，而海洋酸化问题也是当前大气和海洋中的过量CO2引起的问题之一。

由于碳捕集与储存仍然是一个相对较新的技术，需要进一步的研究，因此尚不清楚可能会受到自然灾害（如地震和海啸）影响的地下储存地点的长期影响，这可能导致二氧化碳泄漏，进而造成更大的损害。同样地，海洋储存及其生态影响仍在研究中，这会导致在碳捕集与储存实施的可靠性方面存在实际和投资者的不确定性。

对碳捕集与储存项目的投资

尽管存在不确定性，但全球对碳捕集与储存项目的投资大幅增加。根据Emergen的一份研究报告，2022年碳捕集与储存市场规模为330亿美元，预计在未来几年内将以7.0%的年复合增长率增长。

根据彭博社的一份报告，自2022年以来，对碳捕集与储存（CCS）的投资已经增加了一倍多，达到创纪录的64亿美元。根据国际能源署的数据，除了北美和欧洲，全球范围内的碳捕集与储存项目正变得越来越普遍。扩张的两个主要地区是亚太地区，自2022年1月以来已宣布了十个捕集项目，到2030年可能会实现总产能达到45百万吨二氧化碳，以及中东地区，目前该地区正在开发十个项目，另外还有三个项目正在运营中。

总结

尽管碳捕集与储存技术可能存在缺陷，但它仍然非常重要。尽管批评人士可能声称，石油和天然气公司将碳捕集与储存（CCS）用作一种营销策略，以在安装碳捕集与储存系统的名义下进一步污染环境，并获得补贴来增加碳排放，但支持者认为，由于CCS技术有助于通过让发电涡轮更有效地运行，使用蒸汽循环将二氧化碳压缩成液态状态来生产更多的电力。这意味着二氧化碳被用于回收地热资源，并产生可再生的地热能源，而不仅仅是注入和储存在地热区域。

如果政府与碳定价一起监控碳惩罚价格，以进一步发展碳捕集与储存技术，那么CCS可能在经济上是可行的。需要认识到，全球范围内正在建立用于监测任何二氧化碳泄漏或其他问题的监管框架，尽管批评者声称，投资可能会被用于其他目的，而不是应对气候变化。

CCS是否必要存在争议，但最重要的是要记住，气候变化正在加速，无法停止。CCS应该被视为一种关键的气候技术工具，必须最大程度地利用，以实现气候目标，而不是作为替代品。