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碳捕获耗水巨大 实用前途未卜
抛开所有关于向绿色能源转型的谈论，煤炭在可预见的将来仍然是我们生活中不可或缺的，因为它太便宜也太丰富了。但是，如果我们真打算认真减排的话，那些随处可见、每年都会向大气中排放数十亿吨二氧化碳的煤炭发电厂就得大幅度削减它们的排污量了。这些工厂能够在未来几年中开始捕获自身的大部分二氧化碳排放并将之深埋入地下、海底，或者转化为矿物形式储存，这是业界最大的希望。
但是碳捕获技术存在一个很大的缺陷：工厂生产并输出每千瓦电的耗水量会因此增加近一倍，这轻而易举地就抵消了节水技术创造的收益。
“这项技术并不是在用水受限的环境下开发的。” 美国能源部国家能源技术实验室（NETL）现存能源工厂改造项目的技术经理贾莱德?西弗诺（Jared Ciferno）说，“（碳）捕获需要消耗能量，而这转化成了额外的用水。”
到底需要多少水？这个数字是非常令人震惊的。根据NETL的研究，到2030年，加装碳捕获装置将使美国电力行业的用水量增加80%，即大约每天7500兆升。对于缺水地区的工厂来说，这是一个无法达成的交易。“要有充足的水供应保证所有的工厂都可以双倍用水，这是不可能的。”亚利桑那州盐河工程的资源规划经理约翰?科金斯（John Coggins）说。
这一数字的前提是，假设碳捕获系统运转造成的发电量损耗可通过增建更多的水冷煤炭发电厂弥补。换句话说，一个550兆瓦的发电厂既要捕获碳排放，同时还要提供550兆瓦的电力，就需要再增加125兆瓦以上的额外发电能力，以弥补在碳捕获过程中被消耗的能源。如果你不弥补损失的这部分电量，或者利用风电等不需要水也不产生排放的方式来弥补，那么增加的用水量可能是40%到50%，西弗诺说。
这个水量也不少。对于煤炭发电厂来说，现有最先进的碳捕获技术是氨剂湿式洗涤（amine-based wet scrubbing）：首先将工厂的烟道气脱硫，剩下氮气、水蒸汽和二氧化碳的混合物；然后加入氨溶液，让二氧化碳溶解于其中；再用加热的方式使二氧化碳从溶液中分离；最后进入冷却塔。
这个过程之所以会消耗大量水资源，原因就在于冷却。发电厂的冷却塔通过使水变成蒸汽的方式来带走热量。二氧化碳冷却至超临界状态后可压缩存储；而氨则被冷却以便循环用于吸收二氧化碳，但这一操作本身也会产生热量，从而导致冷却塔增加了额外负荷，消耗的水也就更多。
西弗诺说，要想真正减少二氧化碳排放，就必须开发节水碳捕获技术。NETL目前主要研究如何降低碳捕获过程中的能耗，并认为这或许可以一举两得地解决用水过多的问题。NETL的研发计划可能是这一领域最大的，现有40个项目，年预算达5000万美元。其目标是使碳捕获技术到2020年达到商用规模，可捕获煤炭发电厂90%的排放，同时将该电厂发电成本的增加幅度控制在35%以下。
欧洲和美国的工业企业已经在实施几个小型碳捕获试点项目。然而，目前还没有哪个项目可以将规模扩大到能使工厂产生明显的节水效果。比如，法国的阿尔斯通电力公司使用冷冻氨捕获法，认为更节能节水。该公司去年在美国电力公司位于西弗吉尼亚州纽黑文的一个20兆瓦的试验电站测试了这项技术。美国电力公司计划自2015年起，利用该技术来捕获纽黑文发电站一个235兆瓦机组的碳排放。
德国西门子能源集团也开发了一项替代技术，使用氨基酸盐而不是氨，可以吸收更多碳，从而降低能耗。目前已证实该技术只需浪费工厂9%的电力就可实现碳捕获，相比之下，使用氨通常要浪费20%的电力。
但是碳捕获技术存在一个很大的缺陷：工厂生产并输出每千瓦电的耗水量会因此增加近一倍，这轻而易举地就抵消了节水技术创造的收益。
“这项技术并不是在用水受限的环境下开发的。” 美国能源部国家能源技术实验室（NETL）现存能源工厂改造项目的技术经理贾莱德?西弗诺（Jared Ciferno）说，“（碳）捕获需要消耗能量，而这转化成了额外的用水。”
到底需要多少水？这个数字是非常令人震惊的。根据NETL的研究，到2030年，加装碳捕获装置将使美国电力行业的用水量增加80%，即大约每天7500兆升。对于缺水地区的工厂来说，这是一个无法达成的交易。“要有充足的水供应保证所有的工厂都可以双倍用水，这是不可能的。”亚利桑那州盐河工程的资源规划经理约翰?科金斯（John Coggins）说。
这一数字的前提是，假设碳捕获系统运转造成的发电量损耗可通过增建更多的水冷煤炭发电厂弥补。换句话说，一个550兆瓦的发电厂既要捕获碳排放，同时还要提供550兆瓦的电力，就需要再增加125兆瓦以上的额外发电能力，以弥补在碳捕获过程中被消耗的能源。如果你不弥补损失的这部分电量，或者利用风电等不需要水也不产生排放的方式来弥补，那么增加的用水量可能是40%到50%，西弗诺说。
这个水量也不少。对于煤炭发电厂来说，现有最先进的碳捕获技术是氨剂湿式洗涤（amine-based wet scrubbing）：首先将工厂的烟道气脱硫，剩下氮气、水蒸汽和二氧化碳的混合物；然后加入氨溶液，让二氧化碳溶解于其中；再用加热的方式使二氧化碳从溶液中分离；最后进入冷却塔。
这个过程之所以会消耗大量水资源，原因就在于冷却。发电厂的冷却塔通过使水变成蒸汽的方式来带走热量。二氧化碳冷却至超临界状态后可压缩存储；而氨则被冷却以便循环用于吸收二氧化碳，但这一操作本身也会产生热量，从而导致冷却塔增加了额外负荷，消耗的水也就更多。
西弗诺说，要想真正减少二氧化碳排放，就必须开发节水碳捕获技术。NETL目前主要研究如何降低碳捕获过程中的能耗，并认为这或许可以一举两得地解决用水过多的问题。NETL的研发计划可能是这一领域最大的，现有40个项目，年预算达5000万美元。其目标是使碳捕获技术到2020年达到商用规模，可捕获煤炭发电厂90%的排放，同时将该电厂发电成本的增加幅度控制在35%以下。
欧洲和美国的工业企业已经在实施几个小型碳捕获试点项目。然而，目前还没有哪个项目可以将规模扩大到能使工厂产生明显的节水效果。比如，法国的阿尔斯通电力公司使用冷冻氨捕获法，认为更节能节水。该公司去年在美国电力公司位于西弗吉尼亚州纽黑文的一个20兆瓦的试验电站测试了这项技术。美国电力公司计划自2015年起，利用该技术来捕获纽黑文发电站一个235兆瓦机组的碳排放。
德国西门子能源集团也开发了一项替代技术，使用氨基酸盐而不是氨，可以吸收更多碳，从而降低能耗。目前已证实该技术只需浪费工厂9%的电力就可实现碳捕获，相比之下，使用氨通常要浪费20%的电力。
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