編者按煤是世界上最豐富的化石燃料．也是溫室氣體——二氧化碳的主要來源。如何“趨利避害”、更有效地利用煤已經(jīng)成為科學(xué)界關(guān)注的重要課題?？茖W(xué)家們認(rèn)為：承載著人類美好愿望的清潔煤技術(shù)有望成為一副“治療”溫室氣體排放的“靈丹妙藥”。

煤炭利用：讓我歡喜讓我憂

人類對(duì)煤炭的感情，用“愛恨交加”來形容是最貼切不過的了。

一方面，煤炭是世界最主要的能源之一。全球能源消耗總量的24％、電力供應(yīng)的40％來源于煤炭。另一方面，燃煤釋放的大量二氧化碳，也是全球溫室氣體增加的主要原因之一。燃煤釋放的二氧化碳量是天然氣的兩倍，位居各種化石燃料之首。

從儲(chǔ)量來看。煤是全球儲(chǔ)量最豐富的化石燃料，人類對(duì)其利用和依賴程度正在逐步增加。世界煤研究所發(fā)布的報(bào)告指出，全球煤儲(chǔ)量可以繼續(xù)供人類使用164年，而石油儲(chǔ)量?jī)H夠人類使用41年。據(jù)美國自然資源保護(hù)委員會(huì)估計(jì)，到2020年，全球燃煤發(fā)電廠的總裝機(jī)容量將超過70萬兆瓦。

煤炭的大量燃燒帶來了巨大的副作用。美國普林斯頓大學(xué)的研究結(jié)果顯示，目前全球每年向大氣層排放70億噸碳，這個(gè)數(shù)字是上世紀(jì)50年代的三倍。他們預(yù)計(jì)到2055年該數(shù)字還將翻一番。如果換算成二氧化碳的排放量，這一數(shù)字將會(huì)增加2．7倍!全世界二氧化碳排放量按照這種速度增長(zhǎng)，大氣層中二氧化碳的濃度將達(dá)到工業(yè)化之前的三倍，最終將導(dǎo)致全球氣溫上升到3億年前的水平．而那時(shí)海平面比目前高出15—30米!

盡管煤炭燃燒是導(dǎo)致全球溫室氣體增加的重要原因，但人類未來的發(fā)展仍須依賴煤，這是一個(gè)無法回避的事實(shí)。因此，尋找更為清潔的煤炭利用方式，減少向大氣層中排放二氧化碳的數(shù)量，已經(jīng)成為人類解決這-N題的唯一出路。

盡管清潔煤技術(shù)聽起來很新鮮．但實(shí)際上這項(xiàng)技術(shù)早已經(jīng)很成熟了。普林斯頓大學(xué)“減緩碳專項(xiàng)行動(dòng)”的研究結(jié)果表明，如果利用現(xiàn)有的技術(shù)成果實(shí)現(xiàn)一項(xiàng)綜合性的戰(zhàn)略，每一項(xiàng)具體戰(zhàn)略計(jì)劃每年減少10億噸的碳排放量，那么在未來50年內(nèi)，如果部署七項(xiàng)以上這樣的戰(zhàn)略計(jì)劃，人類就可以實(shí)現(xiàn)碳排放量持續(xù)減少這一目標(biāo)。[page]

清潔煤技術(shù)：藏在深閨人不識(shí)

2005年2月，旨在限定全球溫室氣體排量的《京都議定書》正式生效，該條約的簽署國已經(jīng)達(dá)到140個(gè)。盡管美國是溫室氣體排放量最大的國家，但它提出將“按照自己的方式解決排放限制問題”，拒絕加入該條約。

2003年2月，美國政府宣布將實(shí)施一項(xiàng)名為“未來發(fā)電”的計(jì)劃。該計(jì)劃由美國能源部、私人投資者和國際組織共同投資10億美元，在5年內(nèi)完成設(shè)計(jì)和建造一座煤基零排放電一氫發(fā)電廠。這種發(fā)電廠的溫室氣體排放量可以達(dá)到“零排放”的水平，即使是排放出了二氧化碳?xì)怏w，也可以通過技術(shù)手段將其“存儲(chǔ)”于地下。

顯然，這是一項(xiàng)面向未來的重要計(jì)劃。然而，科學(xué)家指出：利用現(xiàn)有的技術(shù)能否解決當(dāng)務(wù)之急呢?答案是肯定的。

今年，美國最大的燃煤電力公司(AEP)已經(jīng)選好廠址，計(jì)劃建造一座新型超凈潔發(fā)電廠．即集成氣化綜合循環(huán)(IGCC)發(fā)電廠一。人們往往把IGCC看作是“新技術(shù)”。但其實(shí)它是由兩種著名的現(xiàn)有實(shí)用技術(shù)集合而成，而這兩種技術(shù)都可以用來實(shí)現(xiàn)“未來發(fā)電”計(jì)劃的最終目標(biāo)。

第一種煤炭氣化技術(shù)。在嚴(yán)格控制溫度和壓力的條件下部分燃燒煤，使其變?yōu)橹饕怯梢谎趸己蜌錃饨M成的濃縮合成氣體，其中的雜質(zhì)如二氧化硫等都很容易被除去。第二種技術(shù)是“循環(huán)”，這種技術(shù)已經(jīng)在天然氣發(fā)電廠得到普遍采用，渦輪的驅(qū)動(dòng)力來自于天然氣流和廢熱所產(chǎn)生的氣流。最為重要的是，相比之下，從氣流中捕獲二氧化碳比從傳統(tǒng)發(fā)電廠的煙囪中捕獲二氧化碳要容易實(shí)現(xiàn)得多。

IGCC發(fā)電技術(shù)比當(dāng)今普遍采用的燃煤發(fā)電技術(shù)先進(jìn)很多。APE電力部門執(zhí)行副董事長(zhǎng)羅伯特·鮑威爾斯說：“我們已經(jīng)對(duì)這種技術(shù)進(jìn)行了深入的研究。人類從上世紀(jì)初已經(jīng)開始使用煤炭氣化技術(shù)，這種技術(shù)在石油化學(xué)工業(yè)和石油冶煉工業(yè)已經(jīng)使用了很多年。此外，我們現(xiàn)在就擁有自己的循環(huán)燃燒發(fā)電廠。因此，上述兩種技術(shù)都是成熟的和先進(jìn)的?！?

除了APE之外，美國國內(nèi)和其他國家的大型能源公司對(duì)煤炭液化技術(shù)也十分重視。美國賓西法尼亞州的一個(gè)工業(yè)財(cái)團(tuán)正計(jì)劃建造一個(gè)工廠，從南非能源業(yè)巨人——薩索爾集團(tuán)引進(jìn)煤炭液化技術(shù)，工廠的設(shè)計(jì)產(chǎn)量為每天生產(chǎn)5000桶煤炭液化油。皮博迪能源公司也正在計(jì)劃在伊利諾斯州建一個(gè)工廠，利用煤來生產(chǎn)天然氣。在美國之外，一些能源公司正在計(jì)劃建造“純氧燃燒”工廠，主要使用純凈氧氣來燃燒煤，以更易于捕獲濃縮的二氧化碳。[page]

APE預(yù)計(jì)，擬建的IGCC發(fā)電廠總投資將比傳統(tǒng)發(fā)電廠高15％一20％。但是，一旦聯(lián)邦政府頒布實(shí)施限制二氧化碳排量的有關(guān)措施．這些投資就可以很快回收。由于發(fā)電廠一般都位于開闊地帶，有足夠的空間可以存儲(chǔ)發(fā)電廠排放出來的二氧化碳，而在這種背景下就可以將這些存儲(chǔ)的二氧化碳銷售給其他公司，以賺取利潤(rùn)。據(jù)估算，IGCC發(fā)電廠的收益將比傳統(tǒng)的發(fā)電廠高出50％，前者的效率也高于后者。在形成一定規(guī)模時(shí)其成本還將會(huì)進(jìn)一步下降．同時(shí)，隨著設(shè)計(jì)水平和所用材料的改進(jìn)其效率也將會(huì)進(jìn)一步提高。此外，由于捕獲得的二氧化碳可以被注入油田以提高石油產(chǎn)量，其廢棄物的市場(chǎng)前景也將逐步看好。

顯然，IGCC是一種成熟技術(shù)，所能帶來的益處也是顯著的，并且可以降低二氧化碳的排放。那么，為什么這種先進(jìn)的技術(shù)不能夠被廣泛地采用呢?

霍華德·赫爾州戈是麻省理工學(xué)院的化工專家，他負(fù)責(zé)管理一個(gè)被稱為“碳捕獲專項(xiàng)行動(dòng)”的工業(yè)財(cái)團(tuán)。赫爾州戈認(rèn)為：“技術(shù)本身并不是一個(gè)限制性因素，關(guān)鍵的因素是經(jīng)濟(jì)方面的激勵(lì)”，“從技術(shù)的角度來看，我們可以很快實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)?！绻徊扇」膭?lì)性政策，在這方面將不會(huì)有太大的作為?！辈东@碳的最終“命運(yùn)”：不同的選擇方案

清潔煤技術(shù)關(guān)鍵的步驟是捕獲煤燃燒后釋放的二氧化碳。唯如此，才有可能阻止溫室氣體的排放。而妥善處理或利用那些捕獲的二氧化碳，則成為科學(xué)家、世界各大能源公司孜孜不倦地探索的另一個(gè)技術(shù)課題。

將二氧化碳注入地表之下已成為當(dāng)今增加石油開采量的一種常用方法，但其主要目的并不是永久性地儲(chǔ)藏二氧化碳。因此。亟待解決的一個(gè)關(guān)鍵問題是：我們能否把二氧化碳安全地存儲(chǔ)在我們想存放的任何地方?

科學(xué)家認(rèn)為，最安全的辦法是將捕獲的二氧化碳永久地存儲(chǔ)于地表之下的某一個(gè)地方。主要方案是將二氧化碳“注入”到地表之下并對(duì)其進(jìn)行礦物化后再埋藏。這種方式的潛在威脅’是，一旦這些二氧化碳最終通過其他途徑被排放到大氣層中，將會(huì)導(dǎo)致全球變暖進(jìn)一步加劇。

另一個(gè)問題是，如果在努力降低二氧化碳排放量的同時(shí)，人類依然增加化石燃料的消費(fèi)量，那么減排的任務(wù)將會(huì)異常艱巨：這是因?yàn)閷?duì)二氧化碳液化后再存儲(chǔ)的龐大投入，要相當(dāng)于人類開采原始化石燃料的投入!

美國地質(zhì)學(xué)家最近的一項(xiàng)研究成果．給人們提出了這方面的警示。50年前。為了增加石油產(chǎn)量，德克薩斯州一個(gè)古油井曾被注滿二氧化碳，并用水泥加固管道。不久前，美國洛斯阿拉莫斯國家實(shí)驗(yàn)室地質(zhì)學(xué)家喬冶·古斯瑞獲得了其中一塊加固水泥，發(fā)現(xiàn)其中的一部分已經(jīng)出現(xiàn)了斑點(diǎn)，科學(xué)家推斷這是由50年前存儲(chǔ)的二氧化碳和地下水混合后形成的碳酸腐蝕所致。這一結(jié)果提醒人們，海底存儲(chǔ)的二氧化碳可能會(huì)對(duì)起加固作用的水泥產(chǎn)生腐蝕．利用這種方法存儲(chǔ)的二氧化碳最終仍然有可能會(huì)被釋放到大氣層中。果真如此，削減二氧化碳排量所帶來的暫時(shí)性好處將會(huì)消失殆盡。[page]

然而，多數(shù)人依然對(duì)這種方法保持謹(jǐn)慎的樂觀態(tài)度，認(rèn)為人類已基本掌握了正確處理這一問題的大部分技術(shù)。截至目前，采用這種存儲(chǔ)方法，挪威國家石油公司和達(dá)科他煤氣化廠都已分別存儲(chǔ)了2000萬噸二氧化碳：阿爾及利亞的一個(gè)天然氣田也存儲(chǔ)了1700萬噸二氧化碳：荷蘭的一個(gè)項(xiàng)目則存儲(chǔ)了800萬噸二氧化碳。

聯(lián)合國政府間氣候變遷專家小組估計(jì)．采用適當(dāng)?shù)募夹g(shù)可以將所存儲(chǔ)二氧化碳總量的99％保留100年以上，隨著技術(shù)的進(jìn)步，這一年限有可能增加到1000年。

除了對(duì)二氧化碳捕獲后進(jìn)行存儲(chǔ)、出售給石油公司，用以增加石油產(chǎn)量之外．另外一種方案是利用二氧化碳生產(chǎn)甲醇．它是比氫氣更實(shí)用的燃料。

目前，人類已經(jīng)吹響了向“氫能經(jīng)濟(jì)”邁進(jìn)的號(hào)角。但在這個(gè)過程中。除了氫氣生產(chǎn)之外．氫氣的輸送和儲(chǔ)藏都需要全新的設(shè)施，并且燃料電池技術(shù)也必須有實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展。相比之下，“甲醇經(jīng)濟(jì)”則相對(duì)容易實(shí)現(xiàn)：因?yàn)槔枚趸己蜌錃馍a(chǎn)的甲醇是一種液態(tài)能源形式，可以使用目前的設(shè)施來輸送甲醇。并且甲醇經(jīng)過改進(jìn)后就可以作為汽車燃燒使用。

美國南加州大學(xué)洛克爾碳?xì)溲芯克L(zhǎng)、諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)獲得者喬治·奧拉赫教授是“甲醇經(jīng)濟(jì)”的積極倡導(dǎo)者，他對(duì)此充滿信心。他說：“從以碳為基礎(chǔ)的經(jīng)濟(jì)向‘氫能經(jīng)濟(jì)’過渡是一種美好的設(shè)想，但真正實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)并不容易，而我們擁有大量可以循環(huán)利用的二氧化碳?！?

技術(shù)應(yīng)用：春天不再遙遠(yuǎn)

美國2006年《國情咨文》中指出，由于美國經(jīng)濟(jì)目前對(duì)石油過度依賴，必須開發(fā)新的技術(shù)減少對(duì)石油的依賴，因此提出了清潔能源研究的七項(xiàng)設(shè)想，認(rèn)為“美國目前應(yīng)該用令人難以置信的速度開展這方面的研究?！?

然而，現(xiàn)實(shí)情況并不如此，科學(xué)家們認(rèn)為：人類已經(jīng)有幾種很好的技術(shù)選擇可以實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，核心問題是政府要在政策上進(jìn)行調(diào)整。正如麻省理工學(xué)院的赫爾州戈所說：“如果沒有一項(xiàng)公共政策來強(qiáng)制性規(guī)定排放碳必須付出代價(jià)，那么相對(duì)于捕獲碳并存儲(chǔ)碳而言．將二氧化碳直接排放到大氣層中永遠(yuǎn)是一個(gè)實(shí)惠的選擇。”

令人感到欣慰的是，全球限制二氧化碳排量的步伐已悄然邁動(dòng)。歐盟去年已提出了一個(gè)“碳交易系統(tǒng)”，該計(jì)劃正在處于試行階段。在美國國內(nèi)，盡管受到汽車制造商的種種阻撓．加利福尼亞州仍堅(jiān)持提議要限制汽車的溫室氣體排放量。赫爾州戈相信：隨著時(shí)間的推移．各國政府會(huì)采取法規(guī)措施來限制二氧化碳排放量。[page]

毫無疑問，AEP公司的做法是超前的：做好充分的技術(shù)準(zhǔn)備，一旦聯(lián)邦政府采取措施限制二氧化碳排放量，公司就可以“有備無患”。

對(duì)于清潔煤技術(shù)，人們有理由相信：冬天到了，春天還會(huì)遠(yuǎn)嗎?