时事分析 | 环境生态及能源 | 2014-11-19 | 《经济日报》

二氧化碳,你被捕了!



亚洲太平洋经济合作会议(APEC)峰会前后,北京的空气污染再度成为中外媒体的话题。其间中国国家主席习近平与美国总统奥巴马会谈后达成的协议,亦包括两国定下减少温室气体排放的时间表。[1]近年气候变化困扰全球,令减排成为国际议题。联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)本月初发表的《气候变化2014:综合报告》,便警告若不减少排放温室气体,全球气候将会恶化,令物种灭绝加剧,农产量下跌,甚至威胁人类生存。[2]

报告根据2010年的数字,指出在各种温室气体的排放源头中,以发电所占的比例最高,达35%。[3]而在各类人类活动制造的温室气体中,又以二氧化碳占大多数,达76%。[4]如何减少二氧化碳的排放,尤其是发电过程中的排放,成为应对气候变化的关键。

过去香港关于减少发电排放物的讨论,多集中在如何减少燃煤或以石化燃料发电的比例,并转用其他较少制造污染物的能源。环境局今年有关发电燃料组合的咨询,对此亦有着墨。[5]其实除了转投其他能源怀抱,能够减少燃煤或以石化燃料发电碳排放的「碳捕存」技术(Carbon capture and storage),近年也引起不少讨论,甚至有新建成的燃煤发电厂采用。香港是否也适合在发电过程中引入这种技术,值得探讨。

能承担六分之一的目标减排量?

所谓的「碳捕存」技术,是指以各种方式收集在烧煤或气体时产生的二氧化碳后,再埋藏地下,以免其排放到大气当中,令温室效应恶化。[6]国际能源署认为,若要对抗全球暖化,达成限制气温升幅为摄氏两度或以下的目标,二氧化碳的排放需要减少。在该组织的计划中,到2050年,「碳捕存」技术需承担六分之一的减排目标。[7]不管国际能源署是否一厢情愿,其计划多少也反映了「碳捕存」技术对减排的潜在贡献。

「碳捕存」技术既可用于工业生产,亦适用于发电过程。据全球碳捕集与封存硏究院(Global CCS Institute)统计,截至2014年11月,全球共有13个采用了「碳捕存」技术的大型项目正在运作,另有九个正在兴建,项目包括天然气处理、发电以及钢铁生产──这22个项目,预计每年可「捕捉」接近4,000万吨碳。[8]

三种捕捉,一个目标

用在个别工业以及发电的「碳捕存」技术,按其收集二氧化碳手法,可分为三类,分别是燃烧前捕集(Pre-combustion capture)、燃烧后捕集(Post-combustion capture)以及富氧燃烧(Oxy-combustion capture)。[9]

燃烧前捕集,是指二氧化碳在燃料被用作发电前已被抽离,主要适用于一些将燃料转化为混合气体后才燃烧发电的发电厂。应用这项技术,燃料在蒸汽及氧气中加热及受压下,会分解成以氢及一氧化碳为主的混合气体。当中的一氧化碳,在处理后会变成二氧化碳,再被移除。剩下以氢为主的混合气体,则可作为发电燃料。[10]

燃烧后捕集,是指二氧化碳在燃料被用以发电后才被移离。这种方法主要适用于以煤、油或气体作燃料的常规发电厂。在这些发电厂,燃料经燃烧后会产生蒸汽,推动涡轮或发电机发电。燃烧过程会产生以氮及二氧化碳为主要成份的烟气(Flue gas),当中的二氧化碳会被化学溶剂吸收。混合了二氧化碳的化学溶剂,经加热后会与二氧化碳分离,化学溶剂可以重用,二氧化碳则会被收集。若采用最新技术,燃烧后捕集的二氧化碳吸收率,可达九成以上。[11]

富氧燃烧则适合燃煤发电,其收集二氧化碳的关键,在于燃料的燃烧过程。燃料在高浓度氧气的环境中燃烧,会产生以二氧化碳及水为主的废气流,其中的水成份经凝结后会与二氧化碳分离,剩下的二氧化碳则会被收集。[12]

捕捉后可藏于地底 亦可用作提升石油采收率

二氧化碳被各种方式「拘捕」后,会透过管道转送至其他地点储存。[13]这些储存地点通常距离地面至少一公里的地下多孔岩石地层,以确保有足够压力令二氧化碳维持液态。一些已耗尽的石油及天然气田、充满盐水的多孔岩石,以及无法开采的煤层等,都是合适的储存点。[14]

「被捕」的二氧化碳不一定要「终身监禁」,也可送往油田的油井,用作提升原油的采收率。美国在2012年时已有4,000英里长的管道用作输送二氧化碳,以作提升石油采收率。[15]由此可见,「碳捕存」要成功,不但要拥有「捕捉」技术,还要有地理环境配合。

除了地理因素,应否采用「碳捕存」技术,还要考虑营运成本。据美国国会预算办公室(Congressional Budget Office)在2012年时的估算,将采集、输送及储存二氧化碳的支出纳入计算,以「碳捕存」技术发电的发电厂,成本比一般燃煤发电厂高76%,两者分别是每百万瓦时(megawatt-hour)104美元以及59美元。[16]

有地理限制 成本不菲

成本差异大,仍因捕捉设备巨大而结构复杂,所费不菲,操作时亦需用上大量能源,瓜分本来可以供应外界的发电量。[17]据美国国家能源技术实验室(National Energy Technology Laboratory)评估,以发电量为550兆瓦(MW)的电厂为例,若采用燃烧前捕集方法,需投资4亿美元,而消耗在移除、压缩、输送及储存二氧化碳的能源,为总发电量的20%;采用燃烧后捕集技术,需投入9亿美元,能源失去率为30%;采用富氧燃烧技术则需投放7亿美元,能源失去率为25%。[18]

即使拥有地理优势,高昂成本也有方法局部抵销(例如得到政府补贴),风险依然不低。正在密西西比州肯珀郡(Kemper County)兴建,为美国南方电力公司(Southern Company)所有的燃煤发电厂,是其中一例。该电厂预计发电量为582兆瓦,投产后将采用「碳捕存」技术。

项目占尽人和、地利,有能源部给予2.7亿美元补助金,营运公司又可获减税1.33亿美元。美国能源部长欧内斯特‧莫尼兹(Ernest Jeffrey Moniz)于2013年11月到场进行视察时表示,在全球暖化及气候变化的风险下,他从这座电厂看见了未来。[19]另外,电厂邻近煤矿,藏量40亿吨,能提供上千年的燃料。发电厂所收集的二氧化碳,又能卖给附近油田,连同其他产电时的副产物,预计每年可为公司带来8,000万美元收入。[20]

得天独厚,可惜未见其利,先见其害。原订在今年5月落成的发电厂,落成日期已推迟一年。因为恶劣天气、劳工成本上涨、器材物料质素参差、承包商及供货商延误,建造费预计将超支一倍以上至55亿美元。电厂所属的美国南方电力公司,已因项目超支而亏蚀16亿美元。[21]

成功靠政府干?

「碳捕存」技术应用在发电厂的道路,绝不平坦。据美国国会预算办公室数据,世界各地电力公司准备发展的「碳捕存」燃煤发电项目,曾多达30个。但至2012年,不少公司雄心不再,多个计划出现变更,六个在欧盟、加拿大、挪威和四个在美国的项目,更被取消或冻结。电力公司转軚,与各国政府的环保政策不无关系,一些美国项目,便因缺乏全国性的减排政策而终被取消。2012年时,美国只余下六个大型项目仍在推进,当中五个各获能源部1.54亿至10亿美元的资助。[22]

看似困难重重,但无碍技术正式应用。位于加拿大萨斯喀彻温省(Saskatchewan)的边界大坝电厂(Boundary Dam Power Station),今年9月30日投产,发电量为110兆瓦,成为全球第一个采用「碳捕集」技术的大型燃煤发电厂。项目耗资13亿美元,预计可以减少90%二氧化碳排放,每年减少排放约100万吨温室气体。[23]

与肯珀郡电厂一样,电厂靠近燃煤供应,既获2.4亿加元政府资助,亦能将部份二氧化碳转售给附近油田。只是电厂「生不逢时」,投产之时,适逢天然气价格处于历史低位,令以「碳捕存」技术的发电显得特别昂贵。虽然不少人认同当下的负担可以避免将来付出更大代价,但账单面前,难免犹豫。

技术适用于中国?

要将「碳捕存」技术广泛应用于发电厂,看来仍需进一步降低成本。美国能源部希望可将额外成本降至35%以下,惟在2012年评估时,认为当时技术根本不能达标,故已投入资源硏发次世代的「碳捕存」技术。这批生力军要再待8至13年才会踏入先导及试用阶段。[24]另一个降低成本的可能性,是「碳捕存」技术获其他国家的发电厂广泛使用,美国再从中取经,降低本地电厂成本。其他国家之一,包括中国。[25]

现任中国华能集团清洁能源技术研究院院长许世森,曾扬言只需以每吨16美元的成本,便可在燃煤电厂抽出二氧化碳。但他后来获邀到美国的发电厂进行评估,得出的结果却是原价的四倍以上──原来低成本捕碳的前提,是要用上中国原材料、中国工人、中国会计准则,以至具低成本集资能力的国企。[26]

不论中国能以多少成本「捕碳」,「碳捕存」是否在中国应用,已不只关乎成本和技术考虑,也涉及道义压力。国际能源署指出,非经济合作与发展组织的国家对能源的需求不断增加,认为这些国家需要大力推行「碳捕存」技术,以达至2050年占全球累计碳捕捉额七成的目标,其中中国更被点名负担全球2015至2050年碳捕捉额的三分一。[27]现实中,中国亦早已推动自身的「碳捕存」技术应用,据全球碳捕集与封存硏究院资料,至2014年2月,中国有12个用上「碳捕存」技术的大型项目,各处于不同计划阶段,是2011年时的两倍。[28]

「碳捕存」技术与香港又是否有缘?在2009年,时任中电环境事务总监的吴芷茵博士指出,「碳捕存」技术在商业上尚未可行,政府必需作出及鼓励能够应对气候转变的投资。[29]这说法是否属实,有待论证,但值得香港注意的是,广东未来或会与英国在「碳捕存」技术上深入合作。有报道指,参与相关硏讨会的专家认为,珠江口盆地适合封存二氧化碳,用上当中十多个盆地,可以满足百年的封存量,而采用「碳捕存」技术,亦有助珠三角减排。[30]若报道属实,香港也有机会见证成果。但无论如何,香港仍需为本地减排寻找属于自己的方案。


1 〈中美定减排时间表〉,《明报》,2014年11月13日,A20页。
2 “Climate Change 2014 Synthesis Report,” Intergovernmental Panel on Climate Change, November 1, 2014.
3 “Climate Change 2014 Synthesis Report,” Intergovernmental Panel on Climate Change, P. 11, November 1, 2014.
4 “Climate Change 2014 Synthesis Report,” Intergovernmental Panel on Climate Change, P. 10, November 1, 2014.
5 《未来发电燃料组合公众咨询》,环境局,香港特别行政区政府,2014年3月19日。
6 Damian Carrington, "Q&A: carbon capture and storage," The Guardian, May 10, 2012.
7 "Technology Roadmap - Carbon capture and storage, 2013 edition," International Energy Agency, accessed Nov 13, 2014,
http://www.iea.org/publications/freepublications/publication/TechnologyRoadmapCarbonCaptureandStorage.pdf, P. 8.
8 "The Global Status of CCS: 2014," The Global CCS Institute, accessed November 13, 2014, http://decarboni.se/sites/default/files/publications/180923/global-status-ccs-2014.pdf.
9 "Carbon capture and storage," Center for Climate and Energy Solutions, accessed November 13, 2014, http://www.c2es.org/technology/factsheet/CCS.
10 "DOE/NETL Carbon dioxide capture and storage RD&D roadmap," National Energy Technology Laboratory, accessed November 13, 2014, http://www.netl.doe.gov/File%20Library/Research/Carbon%20Seq/Reference%20Shelf/CCSRoadmap.pdf.
11 同8。
12 同8。
13 同7。
14 "Federal Efforts to Reduce the Cost of Capturing and Storing Carbon Dioxide," Congressional Budget Office, accessed November 13, 2014, http://cbo.gov/sites/default/files/43357-06-28CarbonCapture.pdf.
15 同12。
16 同12。
17 同12。
18 同8。
19 Steven Mufson, "Intended showcase of clean-coal future hits snags," The Washington Post, May 17, 2014.
20 同17。
21 同17。
22 同12。
23 Suzanne Goldenberg, "Canada switches on world's first carbon capture power plant," The Guardian, October 1, 2014.
24 同12。
25 同12。
26 同17。
27 同5。
28 同6。
29 "A Low Carbon Vision for Hong Kong," The Climate Group, accessed November 13, 2014, http://www.theclimategroup.org/_assets/files/A-Low-Carbon-Vision-for-Hong-Kong.pdf.
30 吴哲、王厚启,〈广东与英国合作发展“碳捕集”技术 把“碳”封存到海底 促珠三角减排治霾〉,《南方日报〈全国版〉》,2013年12月20日,A17页。