加壓增氧燃燒助火電廠減少碳排
近日，美國麻省理工學(xué)院的研究人員向人們展示了一個幫助火電廠減少二氧化碳排放的新方法。該方法被研究人員稱為“加壓燃料增氧燃燒”，它能將二氧化碳轉(zhuǎn)化成濃縮的加壓液態(tài)流體，從而完全分離電廠發(fā)電過程中產(chǎn)生的所有二氧化碳。液態(tài)二氧化碳則會被注入一定深度的地質(zhì)層當(dāng)中，防止它向大氣層逃逸，從而實(shí)現(xiàn)二氧化碳的永久封存。
一直以來，找到切實(shí)可行的封存二氧化碳的方法被認(rèn)為是減緩氣候變化最為重要的一環(huán)。特別在當(dāng)前，人類仍然大量依靠化石燃料，全世界能源的90%左右來自化石能源。有人甚至預(yù)測，到2030年化石燃料燃燒產(chǎn)生的二氧化碳將在今天的基礎(chǔ)上增加50%。
有人可能覺得，通過將二氧化碳轉(zhuǎn)化成濃縮液態(tài)流體的方法減少火電廠二氧化碳排放量有些自相矛盾，因?yàn)樵摲椒ū旧聿⒉粫嬲郎p少電廠產(chǎn)生的二氧化碳量。但麻省理工學(xué)院的教授艾哈邁德·哥尼姆說：“將二氧化碳加壓成液態(tài)只是其中一步，因?yàn)樵诜獯娑趸贾埃仨殞⑵浼訅，使其濃縮。同時，火電廠也得重新設(shè)計(jì)，達(dá)到一定的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。”
巴巴拉·弗里茲是環(huán)保組織“憂思科學(xué)家聯(lián)盟”的成員，也是一篇有關(guān)火電廠碳排論文的第一作者。他說：“目前有一些不同的封存、捕捉二氧化碳的方法正在接受測試，燃料增氧燃燒系統(tǒng)便是其中一個很有前途的技術(shù)。而哥尼姆和他在麻省理工學(xué)院的同事是目前唯一研究‘加壓燃燒’捕捉二氧化碳的學(xué)術(shù)小組。”
8月份出版的美國《能源》雜志上還發(fā)表了一篇文章，專門介紹該技術(shù)。意大利國家電力公司是此項(xiàng)目的贊助商，他們計(jì)劃數(shù)年之內(nèi)在意大利建起一座運(yùn)用該技術(shù)的試驗(yàn)工場。但是所有開發(fā)二氧化碳封存技術(shù)的科學(xué)家都面臨同一個難題，因?yàn)樵摷夹g(shù)存在一個最大的弊端：它會使火電廠效率降低。哥尼姆解釋道，任何安裝了二氧化碳封存及濃縮系統(tǒng)的火電廠都會使自身效率降低30%左右，這也就意味著電廠要生產(chǎn)相同的電量就必須要消耗更多的能源。因此，尋找能效損失最小化的方法就成了“二氧化碳封存系統(tǒng)”能否成功的關(guān)鍵。
能效降低主要發(fā)生在分離氣體的過程中。如果火電廠使用的是空氣燃燒室，則需要將二氧化碳與燃燒后產(chǎn)生的其他廢氣相分離；如果火電廠使用的是增氧燃燒法，則需在燃燒前將氧氣與空氣相分離，得到純度較高的氧氣。二者都需消耗一定的能量。為使解釋變得更加易懂，哥尼姆做了一個類比：將鹽和辣椒混合很容易，但要想再將它們分開則是難上加難。因此，要想火電廠運(yùn)用新技術(shù)分離、封存二氧化碳的先決條件有兩個：第一，減少該過程的能量耗損及額外成本；第二，政府推行強(qiáng)制的二氧化碳減排政策。而“加壓燃料增氧燃燒”的目標(biāo)正是降低二氧化碳分離成本。
除了麻省理工學(xué)院的研究小組外，還有他一些機(jī)構(gòu)也正在對燃料加氧燃燒進(jìn)行研究。燃料加氧燃燒，顧名思義，是指將純氧注入燃燒室中，使燃料與純氧反應(yīng)產(chǎn)生純度較高的二氧化碳。這樣一來便可節(jié)省二氧化碳的分離成本（空氣中氮?dú)獾谋壤秊?9%，氧氣比例約為21%，使用純氧氣能將燃燒后產(chǎn)生的廢氣減少75%）。
麻省理工學(xué)院研究的獨(dú)特之處在于，研究人員對燃燒室進(jìn)行了加壓處理，使得燃燒氣體更為濃縮。哥尼姆說，雖然他們的新方法會增加“燃燒循環(huán)”最開始環(huán)節(jié)的能量消耗，因?yàn)楸仨毷褂米銐虻哪芰繉⒀鯕馀c空氣分離，并將其加壓，但與未加壓的二氧化碳捕捉系統(tǒng)相比，它會增加“動力循環(huán)”的效率，提高火電廠的凈產(chǎn)量，同時也不必再對二氧化碳進(jìn)行壓縮處理（這一步是封存二氧化碳所必須的）。因此，“加壓燃料增氧燃燒”只是將加壓處理提前，不但免去了最后二氧化碳封存階段的加壓必要，也提高了燃燒室中氣體的燃燒效率。
除上述好處之外，研究人員還指出了“加壓燃料增氧燃燒系統(tǒng)”的另一個優(yōu)勢：對燃燒氣體進(jìn)行加壓處理之后，可以減小氣體體積，從而使火電廠可以使用更小的組件，甚至可以實(shí)現(xiàn)火電廠“瘦身”。顯而易見，火電廠占地面積減小可以降低建設(shè)成本。據(jù)研究人員預(yù)測，與非加壓燃燒相比，“加壓燃料增氧燃燒”至少可以將整個火電廠效率提高3%。如果經(jīng)過適當(dāng)改進(jìn)，這一數(shù)字甚至有望上升到10%至15%。
使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環(huán)保網(wǎng)”
