2012年7月版的《四川大學(xué)學(xué)報》上刊登了中國工程院院士、四川大學(xué)校長謝和平的最新研究成果，在這篇名為《全球二氧化碳減排不應(yīng)是CCS，應(yīng)是CCU》的文章中，謝和平認(rèn)為與其將二氧化碳封存起來，不如實現(xiàn)高效利用。
那么，在CCS（碳捕獲與封存）和CCUS（碳捕獲，利用與封存）技術(shù)備受矚目的背景下，謝和平提出的CCU（碳捕獲與利用）技術(shù)會給我國二氧化碳減排技術(shù)研究帶來哪些啟發(fā)？

謝和平院士

　　記者：說到二氧化碳的處理技術(shù)，無論是CCS技術(shù)還是CCUS技術(shù)，現(xiàn)在都是人們議論的焦點。而您卻說CCU技術(shù)才是二氧化碳減排未來的發(fā)展方向，您這么說的理由是什么？
　　謝和平：我國是世界上主要的能源消費國，也是主要的煤炭消費國，二氧化碳排放量巨大，因此我國政府密切關(guān)注著CCS技術(shù)的發(fā)展動向。不過CCS對二氧化碳的捕獲與封存是一種純投入的環(huán)保技術(shù)，不帶來直接經(jīng)濟(jì)效益，其持續(xù)性必將受到影響。所以越來越多的人開始思考是否能在捕獲二氧化碳之后，對其進(jìn)行有效利用。為此，我國提出了CCS向CCUS方向轉(zhuǎn)變的思路，很快得到國際同仁認(rèn)可。
　　但從目前CCS和CCUS的全球發(fā)展情況看，即使是運行最好的CCUS項目，二氧化碳利用所帶來的經(jīng)濟(jì)效益也非常有限，遠(yuǎn)遠(yuǎn)覆蓋不了高額的項目投資成本。CCUS技術(shù)如果沒有出現(xiàn)重大技術(shù)創(chuàng)新和應(yīng)用領(lǐng)域的重大突破，如果沒有實現(xiàn)成本效益的顯著提高，任何國家都難以做到僅靠政府財政投入來支撐大規(guī)模推廣應(yīng)用。更何況對于我國這樣的發(fā)展中國家而言，首要任務(wù)是解決貧困和確保發(fā)展，如果單純?yōu)榱丝刂贫趸嫉呐欧牛~外增加碳排放企業(yè)的能源消耗和投資運營成本，顯然不合情理。因此，從目前CCUS技術(shù)水平的經(jīng)濟(jì)性來看，我國制定鼓勵大規(guī)模推廣CCUS產(chǎn)業(yè)政策還遠(yuǎn)未到合適時機。
　　同時，根據(jù)全球CCS研究院（GlobalCCS Institute，GCCSI）的調(diào)查，全球73個上規(guī)模的CCS項目中，正在運行和建設(shè)之中的項目僅有15個，其余58個項目仍處于前期規(guī)劃和設(shè)計階段，且多數(shù)項目屬于油氣田強化開采項目，即二氧化碳驅(qū)油（CCS+EOR）項目，涉及到電廠捕集的項目只占少數(shù)比例。目前二氧化碳捕集、凈化、運輸和封存各單項環(huán)節(jié)都有示范運行項目，但除了在油氣田驅(qū)油項目之外，尚無一體化、商業(yè)化經(jīng)營的項目，全球范圍內(nèi)也沒有成熟的商業(yè)模式和運營經(jīng)驗推廣。更重要的是，涉及CCUS有關(guān)的立法、融資、公眾接受、社會安全與責(zé)任、監(jiān)管等一系列政策法規(guī)體系的建設(shè)還需要相當(dāng)長的時間進(jìn)行研究。這套政策法規(guī)體系是否完備是大規(guī)模發(fā)展CCS的先決條件，但我國目前顯然還不具備這個條件。
　　其次，盡管對于CCS項目而言，投入大、能耗高、無效益、激勵政策不明朗、社會認(rèn)知度不高等問題都能隨時間推移被淡化，但地質(zhì)存儲爭議卻是阻礙CCS技術(shù)發(fā)展的致命“硬傷”。因為若要封存二氧化碳，則必須將其注入到超過1000米深的地層，如此一來，二氧化碳便會與地層中的巖石、地下水發(fā)生物理化學(xué)變化，影響地質(zhì)結(jié)構(gòu)的長期穩(wěn)定，造成地表變形，甚至誘發(fā)地震。
　　這并不是人們的臆想，在國際能源署的資料中都有相關(guān)事件記載。1986年喀麥隆地震導(dǎo)致120萬噸二氧化碳從尼奧斯湖中泄露出來，造成1700人死亡；阿爾及利亞Salah項目的二氧化碳封存工程現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，每年地表的拱起程度達(dá)到了5毫米；美國科羅拉多州的Rangely油田現(xiàn)場測試表明，將液體注入多孔介質(zhì)中能夠誘發(fā)微地震活動，而德克薩斯州的油田高壓注射鉆井附近則頻繁發(fā)生微地震現(xiàn)象。
　　這些問題的暴露，讓人們越來越難以預(yù)料二氧化碳地質(zhì)封存可能存在的風(fēng)險，也使CCS前景堪憂。過去一年中，德國在CCS立法問題的討論上出現(xiàn)了各種爭議和分歧，而全球已有5個規(guī)劃中的CCS項目宣告退出。有樂觀人士認(rèn)為我國具有很大的封存能力，可實際上二氧化碳封存有太多未知問題，其不確定性和潛在的風(fēng)險遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出人們的想象，再加上我國地質(zhì)結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，CCS地質(zhì)封存可能會遇到比其他國家更加難以想象的困難。
　　目前也有人寄希望于二氧化碳驅(qū)油（即將二氧化碳注入油層以提高采油率），認(rèn)為這是目前最好的二氧化碳埋存方法，但驅(qū)油和封存有著本質(zhì)區(qū)別—驅(qū)油對二氧化碳的封存作用時間最長不超過40年，而CCS封存的時間跨度卻達(dá)到了幾百年甚至幾千年；驅(qū)油項目所用的二氧化碳約2/3還會回到地表，而封存項目則要將二氧化碳永久封存于地下。因此，二氧化碳驅(qū)油只是短期內(nèi)開展CCUS項目的權(quán)宜之計，而不能作為長久之選。
　　第三，如果在一定時期內(nèi)，CCS的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性難有重大突破，必將面臨與可再生能源或其他低碳減排技術(shù)的激烈競爭，勢必會影響投資者對CCS的投資決策。同時，CCS項目投資大、回報小的現(xiàn)實也會使其受到碳排放企業(yè)的消極抵觸，最終制約其發(fā)展。
　　很多國際組織和國家政策制定者認(rèn)為：公眾的認(rèn)同是大規(guī)模推行二氧化碳封存面臨的主要挑戰(zhàn)。但據(jù)調(diào)查顯示，普通公眾對二氧化碳封存可能引發(fā)的風(fēng)險（如水土污染、地震等）并不了解，僅有3%～6%的公眾表示了對二氧化碳地質(zhì)封存風(fēng)險的擔(dān)憂。與此同時，專家們也指出由于所掌握的實際數(shù)據(jù)非常有限，很難準(zhǔn)確地說明風(fēng)險嚴(yán)重性。因此，如果沒有足夠詳實的CCS項目經(jīng)驗數(shù)據(jù)，沒有嚴(yán)密的公眾咨詢過程，要獲得民眾對規(guī)劃項目的認(rèn)同是非常困難的。
　　鑒于目前CCS，尤其是二氧化碳地質(zhì)封存在政策、技術(shù)、社會認(rèn)知和接受程度上的障礙和制約，我們才提出了全球二氧化碳減排不應(yīng)是CCS，而應(yīng)是CCU的發(fā)展新理念，即應(yīng)將二氧化碳作為一種資源充分開發(fā)利用。

　　記者：與CCS、CCUS相比，CCU的優(yōu)勢是什么？它如何實現(xiàn)二氧化碳的高效利用？
　　謝和平：CCU技術(shù)是我國在二氧化碳大規(guī)模利用技術(shù)研究上取得的創(chuàng)新和突破，它避開了二氧化碳地質(zhì)封存的各種風(fēng)險和不確定性，從而保證了二氧化碳末端減排技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性、安全性、穩(wěn)定性和持續(xù)性，不僅適合我國國情，也是實際可行的大規(guī)模減排并開發(fā)利用二氧化碳的有效辦法。
　　實際上，利用二氧化碳生產(chǎn)高分子聚合物等化工產(chǎn)品，或?qū)⑵滢D(zhuǎn)化為甲醇、石油等能源產(chǎn)品，以及利用地球上廣泛存在的橄欖石、蛇紋石等堿土金屬氧化物實現(xiàn)二氧化碳礦化早已被人們熟知。但這些方式消耗的二氧化碳量少，減排效果不明顯，且成本高，因此大規(guī)模應(yīng)用的可能性較小。但眾所周知，天然礦物或工業(yè)廢料中蘊含著豐富的鎂、鉀、硫、鈦等人類所需的資源，若能通過二氧化碳礦化分離出這些資源，不失為一條兩全其美的利用二氧化碳的有效途徑。于是，經(jīng)過我們研究小組的攻關(guān)，利用天然礦物和固廢資源大規(guī)模礦化二氧化碳的CCU技術(shù)就此誕生。該技術(shù)將二氧化碳作為一種資源，在低能耗、低成本條件下，利用二氧化碳礦化，轉(zhuǎn)化聯(lián)產(chǎn)高附加值化工產(chǎn)品，真正實現(xiàn)了二氧化碳的高效利用。

　　記者：大規(guī)模推行CCU技術(shù)需要滿足哪些條件？針對目前我國的實際情況，可以通過哪些方式實現(xiàn)CCU的應(yīng)用？
　　謝和平：要想CCU技術(shù)經(jīng)濟(jì)可行，并能大規(guī)模發(fā)展，首先要保證用來礦化利用二氧化碳的原料資源豐富、容易獲取，且價格低廉。結(jié)合這幾條因素，經(jīng)過綜合分析，我們的研究小組也為我國CCU技術(shù)的發(fā)展選擇了3條參考途徑。
　　首先，可以利用氯化鎂礦化二氧化碳聯(lián)產(chǎn)鹽酸和碳酸鎂。氯化鎂是海水、鹽湖中鎂的主要形式，我國海域中鎂離子含量達(dá)到0.13%，四大鹽湖區(qū)鎂鹽儲量達(dá)數(shù)十億噸，可以說氯化鎂來源非常豐富。我們的實驗結(jié)果表明，10噸六水合氯化鎂就能礦化1.5噸二氧化碳，約產(chǎn)出5噸36%的鹽酸和2.9噸的碳酸鎂。其中鹽酸是重要的化工原料，而碳酸鎂則可作為耐火材料、鍋爐和管道的保溫材料，以及食品、藥品、化妝品等的添加劑。這一路線具有較好的應(yīng)用前景和利潤空間。
　　其次，可以利用磷石膏固廢礦化二氧化碳聯(lián)產(chǎn)硫基復(fù)合肥。磷石膏是濕法磷酸生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的工業(yè)固廢，目前仍沒有切實可行的辦法處理這種廢料。據(jù)統(tǒng)計，我國每年約有5000萬噸的磷石膏產(chǎn)出量，已堆積的磷石膏固廢超過5億噸。如何處理這些無法利用的磷石膏固廢，現(xiàn)在已經(jīng)成為磷酸行業(yè)亟待解決的關(guān)鍵問題。我們通過實驗發(fā)現(xiàn)，每10噸磷石膏能夠礦化2.5噸二氧化碳，并且還能將磷石膏變廢為寶，轉(zhuǎn)化為化肥及建筑材料?？梢哉f這是一條具有較好利潤空間和工業(yè)可行性的技術(shù)路線。目前我們已經(jīng)與中石化聯(lián)合成立了研究院，即將在四川達(dá)州進(jìn)行中試和示范工程建設(shè)。
　　第三，除了上述兩條路線，我們還可以發(fā)掘其他可能的二氧化碳礦化利用技術(shù)。自然界中的很多礦物都可以轉(zhuǎn)化為高附加值的化工產(chǎn)品。例如，鉀長石中含有豐富的鉀元素，且儲量巨大，而利用鉀長石礦化二氧化碳，不僅可以實現(xiàn)二氧化碳減排，同時還能提取出稀缺的鉀元素聯(lián)產(chǎn)鉀肥；而利用鈣鈦礦中的鈣離子礦化二氧化碳，能夠獲得高附加值的二氧化鈦。目前我們的研究小組也在對鉀長石或鈣鈦礦礦化二氧化碳技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步探索。
　　隨著二氧化碳礦化技術(shù)和礦物活化技術(shù)的發(fā)展，以及新的礦化路徑的提出，基于二氧化碳礦化利用的CCU技術(shù)完全可能成為減排二氧化碳的有效辦法，并實現(xiàn)大規(guī)模的工業(yè)應(yīng)用。

　　記者：如此說來，CCU技術(shù)的應(yīng)用真的令人期待，但也不能操之過急。那么在您看來怎樣才能使CCU技術(shù)在我國得到良性發(fā)展？
　　謝和平：當(dāng)然，所有事情的發(fā)展都不是一蹴而就的，對于我國CCU技術(shù)的發(fā)展來說，同樣也需要制定合理的發(fā)展計劃，分階段實施。
　　第一階段的重點一方面是要搭建國家產(chǎn)學(xué)研科技示范平臺，組織科技攻關(guān)，對主要的大規(guī)模二氧化碳礦化技術(shù)路線進(jìn)行規(guī)模化實驗，提出有關(guān)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)參數(shù)，并對工程項目進(jìn)行商業(yè)化可行性論證研究。另一方面，還要對我國氯化鎂和石膏等二氧化碳礦化資源的分布、數(shù)量、品質(zhì)等情況進(jìn)行調(diào)查，對高純度二氧化碳排放源進(jìn)行資源分布和資源量的研究，全面掌握我國礦化資源與二氧化碳資源的種類、品質(zhì)以及地域分布特點。
　　第二階段的任務(wù)主要是組建二氧化碳礦化產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟開展技術(shù)集成與示范工程，組織跨產(chǎn)業(yè)部門的技術(shù)集成與工業(yè)化CCU技術(shù)試驗與示范工程。我們可以先對精細(xì)化工、煤化工以及二氧化碳天然氣開發(fā)過程中產(chǎn)生的較高純度二氧化碳實施二氧化碳礦化工程，再逐步進(jìn)行二氧化碳礦化工業(yè)示范和商業(yè)模式的探討。
　　第三階段就可以全面實施工業(yè)化的二氧化碳礦化CCU路線，捕獲燃煤電廠的二氧化碳，進(jìn)行工業(yè)化的二氧化碳礦化及利用開發(fā)，打造CCU產(chǎn)業(yè)鏈。同時，根據(jù)我國二氧化碳排放源和二氧化碳礦化資源總體分布的特征，進(jìn)一步規(guī)劃我國CCU發(fā)展戰(zhàn)略的整體布局，逐步推廣大規(guī)模二氧化碳礦化的末端減排技術(shù)。
　　盡管我們提出的CCU技術(shù)（即將二氧化碳作為資源來利用）是我國乃至全球二氧化碳減排發(fā)展的方向和重點，但這其中還有很多關(guān)鍵技術(shù)難題等待科學(xué)家們?nèi)テ平?。目前我們課題組正在探索工業(yè)二氧化碳煙氣直接礦化利用的新技術(shù)和新方法，即由CCU直接為CU，不需要經(jīng)過二氧化碳捕獲、分離、提純的過程，更好地實現(xiàn)將二氧化碳作為資源高效轉(zhuǎn)化利用并大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用。
　　謝和平，中國工程院院士，四川大學(xué)校長。兼任四川省科協(xié)主席、國家獎學(xué)金評審委員會主任委員、第二屆全國工程碩士專業(yè)學(xué)位教育指導(dǎo)委員會副主任委員、中國教育國際交流協(xié)會副會長、中國學(xué)位與研究生教育學(xué)會副會長、中國能源學(xué)會副會長、中國煤炭學(xué)會副理事長、中國煤炭工業(yè)協(xié)會副會長等職務(wù)。
　　他為我國乃至全球二氧化碳減排技術(shù)研究作出了卓越貢獻(xiàn)，曾榮獲國家科技進(jìn)步獎二等獎、三等獎，國家自然科學(xué)獎二等獎、三等獎以及孫越崎能源大獎，何梁何利科技進(jìn)步獎等多項國家和省部級以上獎勵，被美國、英國、德國、波蘭等國家的著名大學(xué)聘為客座教授及客座研究員。2007年被德國克萊斯塔爾工業(yè)大學(xué)授予榮譽博士學(xué)位，成為該校建校232年來獲此殊榮的第五人。2008年獲香港理工大學(xué)第十五屆“杰出中國訪問學(xué)人計劃”表彰，2010年成為國家973項目“深部煤炭開發(fā)中煤與瓦斯共采理論”首席科學(xué)家，2011年成為科技部重大國際合作項目負(fù)責(zé)人，2012年被香港理工大學(xué)授予榮譽博士學(xué)位。