二氧化碳變石油 用二氧化碳換石油

　　在新能源技術(shù)尚未完善的今天,世界每天都在被能源和環(huán)境問題困擾。更多的化石燃料需要被開采和消耗,向大氣中釋放更多的二氧化碳,對(duì)環(huán)境造成更大的損害。那么有沒有一種兩全其美方式,既能夠增加能源產(chǎn)量,又能夠減少大氣中的二氧化碳呢?近年來迅速發(fā)展的二氧化碳石油回采技術(shù)(CO2-EOR)讓這個(gè)看起來有些癡人說夢(mèng)的理想變得現(xiàn)實(shí)起來。
　　CCS(碳捕捉和存儲(chǔ))是目前公認(rèn)的比較有潛力的減少大氣中二氧化碳的方案。CCS是指捕獲大氣中或工業(yè)生產(chǎn)的二氧化碳,經(jīng)過一些處理,埋藏于地下的安全場(chǎng)所,達(dá)到控制和減少大氣中二氧化碳含量的目的。然而,目前CCS還面臨很多難以解決的問題。最主要的矛盾在于,捕捉和埋藏二氧化碳需要消耗大量能源,而目前能源的主力――化石能源恰恰又會(huì)產(chǎn)生大量的二氧化碳。
　　此外,對(duì)二氧化碳進(jìn)行捕捉和存儲(chǔ)的成本很高,需要大量專門的技術(shù)設(shè)備投入。在技術(shù)相對(duì)領(lǐng)先的歐洲,目前碳捕集成本約為每噸70歐元,而面對(duì)動(dòng)輒上萬噸、甚至百萬噸的減排需求,其綜合成本是相當(dāng)驚人的。美國(guó)伊利諾伊州曾經(jīng)進(jìn)行過一個(gè)“未來發(fā)電”的項(xiàng)目,對(duì)CCS進(jìn)行了認(rèn)真嘗試,但最后無奈宣告取消,原因就是預(yù)計(jì)成本從8億多美元增加至18億美元。另一方面,尋找安全的埋藏地點(diǎn),保證埋藏的二氧化碳不會(huì)泄露也是一個(gè)必需解決的問題。
　　天然氣石油工業(yè)經(jīng)過上百年的發(fā)展,積攢了很多的技術(shù)設(shè)備,比如運(yùn)輸管道設(shè)備、氣體壓縮技術(shù)等,都是CCS項(xiàng)目所必需的;大量油井氣田也是非常有利的二氧化碳埋藏地。這些似乎為CCS提供了一個(gè)可能的切入點(diǎn)。近二三十年來,CO2-EOR的發(fā)展和成熟,真正將CCS與石油工業(yè)聯(lián)系起來。IPCC在2005年對(duì)發(fā)電廠的CCS技術(shù)投資進(jìn)行過估算,應(yīng)用CCS技術(shù)使發(fā)電成本增加約0.0l～0.05美元/度,但如果項(xiàng)目中包括CO2-EOR,會(huì)使CCS造成的額外發(fā)電成本下降約0.01～0.02美元/度。
　　
　　用二氧化碳采油
　　
　　用二氧化碳幫助開采石油,這主意并不新鮮。
　　20世紀(jì)初石油工業(yè)剛剛興起的時(shí)候,石油公司在油田上方打出油井,僅僅靠著地下的壓力使石油自然流出地面。當(dāng)?shù)叵聣毫χ饾u減少,石油流不出來,油田就廢棄了。實(shí)際上,這些自然流出的石油通常只占油田儲(chǔ)量的10%,還有近90%的石油仍然在地下的巖層中閑置。第二次世界大戰(zhàn)后,石油工業(yè)開發(fā)出“二次回采”技術(shù)。石油公司通過向地下泵入水或同油混在一起的天然氣,能從地下繼續(xù)開采出一部分石油。但這也只能使石油的開采率提高到30%左右,仍然有多達(dá)70%的石油在地下繼續(xù)閑置。如果能將這些剩余石油再開采30%,即開采率提高到60%,豈不是相當(dāng)于將現(xiàn)有世界石油儲(chǔ)量再增加一倍?
　　石油附著在巖石或沙礫的表面,就像盤子表面的食用油一樣,而且比食用油更加黏稠。開采石油就像洗盤子,得想辦法把油和盤子分離。小部分的石油在“二次回采”中被水沖洗出來,但大部分石油依然牢牢附著在巖石和沙礫的表面。一些科學(xué)家就想到,洗盤子光用冷水是洗不干凈的,得用熱水才行;而石油更加黏稠,可能需要更高溫度的流體來驅(qū)趕才更有效。1952年,美國(guó)大西洋煉油公司的幾名工程師就提出了將二氧化碳注入油井中的技術(shù),并獲得專利。在高溫高壓下,二氧化碳和石油混合會(huì)形成低粘度、低表面張力的流體,這使得石油更容易與沙粒分開并析出;二氧化碳還能夠入侵并占據(jù)很多之前水無法到達(dá)的細(xì)小縫隙,這也有助于驅(qū)趕出更多的石油。這就是二氧化碳回采技術(shù),它能夠?qū)⑹�油的開采率進(jìn)一步提高到60%-70%。
　　1972年1月,世界上第一個(gè)商業(yè)化的CO2-EOR工程在美國(guó)德克薩斯州的凱利•斯奈德油田進(jìn)行,每天有30萬噸的二氧化碳從附近一個(gè)天然氣加工廠輸送過來,在很高的壓力下被注入油井中。這個(gè)系統(tǒng)一直運(yùn)轉(zhuǎn)到今天,每天能夠使該油田的產(chǎn)量提高3萬多桶。近些年,越來越多的二氧化碳回采系統(tǒng)在世界各地被建立起來。
　　到目前為止,全世界已經(jīng)有上千個(gè)油田建立了CO2-EOR系統(tǒng),每天向地下埋藏的二氧化碳多達(dá)110萬噸,幫助原油產(chǎn)量每天提高27萬多桶。根據(jù)分析,全球能夠進(jìn)行二氧化碳回采的石油大概在1600-3000億桶, 這個(gè)數(shù)據(jù)能夠達(dá)到全球石油總產(chǎn)量的25%以上;大概有9300億噸以上的二氧化碳可以通過這一途徑被封存到油藏中,這個(gè)數(shù)值相當(dāng)于2050年全球累計(jì)排放量的45%。
　　不過,對(duì)于CO2-EOR是否真的能夠減少大氣中的二氧化碳,很多人還存在著疑問。
　　一些觀點(diǎn)認(rèn)為,CO2-EOR增加了石油產(chǎn)量,因此刺激了更多的石油消耗,自然會(huì)向大氣中釋放更多的二氧化碳。
　　還有一些觀點(diǎn)認(rèn)為,目前這項(xiàng)技術(shù)能夠埋藏的二氧化碳量還是非常有限的。比如,在IPCC關(guān)于CCS的特別報(bào)告中已經(jīng)注意到,廢棄的油井和天然氣田只是存儲(chǔ)二氧化碳的一種選擇,它們的容量還是相對(duì)有限的�！癈O2-EOR并不能成為碳埋藏的主要途徑。根據(jù)控制成本的需要,石油企業(yè)在追求石油產(chǎn)量最大化的同時(shí),輸入和埋藏二氧化碳卻是盡量最小化的。只有在未來,碳儲(chǔ)存真正具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值,它和石油產(chǎn)量才能同時(shí)達(dá)到最大化�！�
　　不得不承認(rèn),這些質(zhì)疑是有一定道理的。但是今天的世界,如果能夠埋藏一點(diǎn)二氧化碳換取更多的石油能源,總好過消耗一些石油能源來埋藏一點(diǎn)二氧化碳吧。
　　
　　二氧化碳太少了嗎?
　　
　　目前的石油回采技術(shù)還有很多種,可以用蒸汽、天然氣以及化學(xué)試劑、生物工程等,利用二氧化碳回采的石油,只占回采石油總量的15%左右,而且主要集中在美國(guó)。為什么這一看起來既環(huán)保又能夠增加能源產(chǎn)量的技術(shù),不能廣泛地普及呢?除了技術(shù)上的原因,CO2-EOR面臨最大的障礙恰恰是它的好處之一:二氧化碳。對(duì)于大部分地區(qū)而言,二氧化碳的供應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法滿足石油回采的需要。
　　20年前,美國(guó)曾在二疊紀(jì)盆地、懷俄明和密西西比3個(gè)地區(qū)建立了多個(gè)二氧化碳?xì)庠?采集二氧化碳?xì)怏w并加工輸送給當(dāng)?shù)氐挠吞�。最�?這些氣體供應(yīng)總是多于油田需要;但是自2004年以后,這3個(gè)地區(qū)的油田全部受制于二氧化碳?xì)怏w的供應(yīng)――即便是所有的氣源都滿負(fù)荷工作也無法滿足油田的需要。兩年前,賓州西部能源信托公司曾計(jì)劃在加拿大西部建設(shè)一個(gè)巨型的CO2-EOR項(xiàng)目。這個(gè)項(xiàng)目預(yù)計(jì)消耗艾伯塔省每年采集的50%~60%的二氧化碳,回采的石油將超過該地區(qū)石油總產(chǎn)量的10%。但在今年年初,該計(jì)劃被宣告擱置,原因正是二氧化碳的供應(yīng)達(dá)不到要求。
　　既然采集和埋藏二氧化碳對(duì)于環(huán)境是非常大的好事,那么為什么不采集更多二氧化碳供給油田呢?這正是因?yàn)槟壳岸�氧化碳采集的成本依然很�?規(guī)模也較小。如果僅僅從經(jīng)濟(jì)利益上看,專門采集二氧化碳供給油田,大部分生產(chǎn)商都是得不償失的。
　　目前全球每年排放的二氧化碳在300億噸以上,其中約有40%來自發(fā)電廠,23%來自運(yùn)輸行業(yè),22%來自水泥廠、鋼廠和煉油廠。碳捕集技術(shù)最早應(yīng)用于煉油、化工等行業(yè),這些行業(yè)排放的二氧化碳濃度高、壓力大,捕集成本并不高;而排放量最大的燃煤電廠所排放的二氧化碳則恰好相反,捕集能耗和成本較高,現(xiàn)階段的碳捕集技術(shù)也無法解決這一問題。在這樣的情況下,大部分石油生產(chǎn)商更多地選擇成本較低的水蒸氣、天然氣甚至空氣等進(jìn)行石油回采。在獲得資源和經(jīng)濟(jì)利益的同時(shí),對(duì)環(huán)境并沒有什么貢獻(xiàn)。IPCC對(duì)CO2-EOR的質(zhì)疑也源自于此。
　　值得慶幸的是,隨著全球氣候問題愈加嚴(yán)重,近年來各國(guó)政府在繼續(xù)加大新能源投入的同時(shí),也逐漸開始重視CCS。比如:加拿大政府在過去10年中,一共為CCS投入了20億美元的資金。挪威這樣的小國(guó)更是保持著每年4000萬英鎊的巨額投入。2009年1月,歐盟正式提議劃撥總額12.5億歐元的專款,為歐洲境內(nèi)的l1座火電廠安裝CCS設(shè)備。各國(guó)政府對(duì)CCS的巨額投入能夠分?jǐn)傄恍┦�油生產(chǎn)商在二氧化碳采集方面的成本,這對(duì)石油生產(chǎn)商發(fā)展二氧化碳回采技術(shù)無疑是巨大的鼓舞。隨著碳交易市場(chǎng)的發(fā)展和逐漸成熟,未來的石油生產(chǎn)商不僅能夠從石油開采獲取利潤(rùn),也能夠從CCS中分享利益,這促使越來越多的石油生產(chǎn)商紛紛投入到CCS和CO2-EOR的研究開發(fā)中來。

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