德国推进碳捕获与封存技术发展现状

频发的自然灾害和极端气候现象、日益严重的干旱和水资源危机、更为快速的海平面上升和生物物种灭绝。科学研究表明，这些问题产生与大气中温室气体增加所造成的温室效应有着紧密联系，而其中二氧化碳是人为产生的对气候变化影响最大的温室气体，由它产生的大气增温效应占到了所有温室气体总增温效应的63%，并且这些二氧化碳将在地球大气中留存200年。为了减缓全球变暖趋势，应对气候变化，世界各国已开展了一系列的温室气体减排行动，通过强制或自愿的方式实施减排。近年来，虽然德国政府在推动可再生能源开发和利用方面有了很大进展，但面对国内日益增长的能源需求和更高的二氧化碳温室气体减排目标，考虑到目前国内仍有近60%的电力消耗依赖于化石能源发电（煤炭、石油和天然气等），德国政府认为碳捕获与封存技术（CCS）是一种在化石能源发电行业非常具有潜力的二氧化碳减排技术。根据德国尤利希研究中心专家研究预测：2030年通过碳捕获与封存技术将有可能帮助德国实现减少40%的二氧化碳排放量。从总体上看，德国政府较为重视碳捕获与封存技术的研发和储备，在国家高技术战略、国家适应气候变化战略、能源基础研究2020+、环境技术总体计划等研究计划中都对碳捕获与封存技术的可行性研究、技术研发和试点示范项目进行过支持，并计划在Ketzin、Schwarze Pumpe、Niedraussem和Altmark等地开展二氧化碳捕获与封存试点示范。

（一）德国国内各方对碳捕获与封存技术态度

1.联邦政府与政党 德国国内各主要政党对碳捕获与封存技术的立场不尽相同。上一届联合政府（基民盟（CDU）、基社盟（CSU）和社民党（SPD））对发展碳捕获与封存技术总体上持积极态度。基民盟认为：碳捕获与封存技术是今后全球范围内实现二氧化碳减排的重要技术措施，为此要支持该技术领域的研发。基社盟把发展低碳排放化石燃料电站作为其能源政策的重要基石。社民党呼吁要加快协调低碳或零碳排放化石燃料电站的技术研究和示范工作。白民党（FPD）认为碳捕获与封存技术是二氧化碳减排技术选择之一。绿党（Alliance/Green）则认为碳捕获与封存技术在目前仍然非常不成熟，无法为解决煤炭火力发电厂减排发挥作用。左翼党（Left Party）的观点是：德国在未来将淘汰煤炭火力发电厂，随着可再生能源技术等其他技术的发展推广，到2050年将没有对此项技术的市场需求。2009年10月，由基民盟、基社盟和自民党组建了新一届联邦政府，新政府对发展碳捕获与封存技术持积极态度，在执政联盟协议中表示：将继续建设高能效煤炭火力发电厂，并在煤炭火力发电厂推广碳捕获与封存技术（CCS）。

2.学术界与企业界 在学术界方面。德国可持续发展委员会（RNE）认为碳捕获与封存技术只是从化石能源时代向可再生能源时代过渡的一个“桥梁性技术”，并且认为从长远角度看应当优先支持可再生能源和高能效技术的研发。德国全球变化咨询委员会（WBGU）则表示：由于化石燃料电厂还将在未来一个时期内居于主要地位，因此碳捕获与封存将是应对气候变化的近端技术。德国环境咨询委员会（SRU）认为与其他技术相比碳捕获与封存技术成本过高，而且还需要对二氧化碳地质存储的环境安全性进行深入评估。德国联邦议院技术影响评估办公室（TAB）在《可持续能源供应评估报告》中将发展碳捕获与封存技术列入其中。在企业界方面。德国各大能源集团公司对碳捕获与封存技术持较为积极态度。近几年来，意昂能源集团公司（E.ON）、莱茵能源集团公司（RWE）和瀑布能源集团公司（Vattenfall）都宣布启动实施了捕获与封存试点项目。目前，德国一部分行业协会，如德国褐煤工业协会（DEBRIV）、德国煤矿协会（GVSt）和德国工程师协会（VDI）等也表示了对发展碳捕获与封存技术的支持。

（二）碳捕获与封存技术相关政策与立法

行政立法方面。2009年4月，根据《欧洲议会关于二氧化碳地理封存的指令》，德国政府内阁起草了《联邦德国碳捕获与封存法草案》。该草案在提高碳捕获与封存技术环境安全性、确保产业部门投资的积极性以及平衡环境与经济利益方面，作了进一步的补充完善。2009年6月，联邦议会考虑到技术成熟度、经费来源和公众接受度等原因暂时推迟了该项立法。2009年10月，基民盟、基社盟和白民党联合组建了新一届联邦政府，在其执政联盟协议中明确提出了推动碳捕获与封存技术发展方面的阶段性任务：积极支持在煤炭火力发电厂推广碳捕获与封存技术；根据《欧洲议会关于二氧化碳地理封存的指令（2009/31/EC）》加快德国碳捕获与封存立法过程，在2010年底前启动实施《国家碳捕获与封存条例（CCS-Rcgualtion）》；进一步发起以提高公众意识为目的的碳捕获与封存技术社会科普宣传活动；制定和实施二氧化碳循环利用的新研发项目等。

政策机制方面。2005年，联邦经济部启动了第五能源研究计划，在其现代化电站技术领域中将碳捕获与封存技术作为其研发重点。2007年，联邦教研部在《高技术战略》框架下制定了德国气候保护高技术战略，支持开展二氧化碳地质封存技术基础研究。2007年7月，为了更好地向宣传二氧化碳捕获与封存技术，向议会、政府及相关国际机构及时提供关于二氧化碳捕获与封存技术信息，并为工业界提供技术经验交流平台，德国成立了环境友好型煤炭电站协会信息中心（IZ-Klima）。2007年12月，德国政府发布了《能源与气候集成计划》，将碳捕获与封存技术研发应用列入该计划中。2008年12月，德国政府通过了《德国适应气候变化战略》，构建了跨部门合作的适应气候变化国家行动框架。德国政府也非常重视促进碳捕获与封存技术政府间合作，支持各类研机构参与碳捕获与封存技术领域的国际合作，如碳封存领导人论坛、国际能源署矿物燃料（WPFF）工作组、欧洲委员会化石燃料电厂零排放技术平台（ZEP）等。

战略规划方面。2007年9月，德国联邦经济部、教研部和环境部联合发布了题为《德国碳捕获与封存发展与展望》建议报告。在该报告中提出了德国碳捕获与封存技术发展应用总体计划：第一阶段到2008年，主要是碳捕获与封存技术开发，启动寻找勘探封存地工作，建立0.5兆瓦级的实验设备；第二阶段到2010年，规划和批准碳捕获与封存技术应用试点电厂，勘探批准封存地，建立3万千瓦级的实验项目；第三阶段到2015年，开始建设小规模的碳捕获与封存技术示范电站，建设二氧化碳封存地，建设30万千万瓦的示范电厂；第四阶段到2020年，大规模碳捕获与封存技术在发电站建设中投入使用，100万千瓦级的碳捕获与封存技术电厂投产使用，碳封存地及相应设施开始投入使用，进一步完善碳捕获与封存技术并实现技术出口。

（三）碳捕获与封存技术研发进展

从部门的分工来看：联邦教研部负责二氧化碳封存等基础技术研发；联邦经济部负责碳捕获与封存技术的推广应用；联邦环境部负责碳捕获与封存技术的环境安全性影响评估及公众意识提高等。目前，在国家层面上联邦教研部和联邦经济部分别实施了两个内容上互补的碳捕获与封存技术研发计划，即地质科学研发计划（GEOTECHNOLOGIEN）和二氧化碳减排技术研发计划（COORETEC）。

1.地质科学研发计划（GEOTECHNOLOGIEN）该项研究计划由联邦教研部和德意志研究联合会（DFG）于2005年共同启动实施，计划研究目标是实现全球地质资源的可持续利用。迄今为止，德国全国已有44所大学、31个校外科研机构和50个行业合作伙伴参与了研究计划的实施。二氧化碳在地质构造中可持续存储技术是该研究计划13个重点技术领域之一。从2005年开始，联邦教研部在该领域共支持了两期共计21个项目，其中2005年至2008年为第一期，共启动实施了9个研究项目，研发经费投入约900万欧元；2008年至2011年为第二期，共启动实施了12个研究项目。表3-3给了地质科学研发计划支持的二氧化碳地质封存相关项目情况：

表3-3　德国地质科学研发计划支持的二氧化碳地质封存项目一览表

续表

2.二氧化碳减排技术研究计划（COORETEC）该研究计划属于德国能源研究计划的一部分，最新一期的第五能源研究计划由联邦经济部从2005年开始组织实施。该研究计划年度经费预算为2500万欧元，总体目标是通过研发一系列的创新技术组合，为实现未来化石燃料发电厂‘低碳乃至零碳排放提供安全可靠的系统解决方案。该研究计划重点资助以提高化石燃料发电厂效率、二氧化碳捕获与存储技术等为研究内容的产学研结合项目。研究计划组建的专家咨询委员会下设五个工作组：天然气联合循环发电技术工作组、蒸汽循环发电技术工作组、整体煤气化联合循环与二氧化碳捕获集成工作组、富氧燃烧发电技术工作组、二氧化碳存储技术工作组。2010年，联邦经济部在该计划框架下组织实施的项目共有10个，设立的研究课题有137项。表3-4给出了二氧化碳减排技术研究计划支持的研究项目。

表3-4　德国二氧化碳减排技术研究计划实施项目一览表

（四）碳捕获与封存技术实验与示范项目

在碳捕获与封存技术实验示范方面，除了欧盟和德国政府联合支持的实验项目外（Ketzin碳封存实验项目），德国各大能源集团也积极参与了相关实验示范项目的建设，如意昂能源集团公司计划在巴伐利亚州建设能效超过60%的煤气化联合循环发电厂；2009年，莱茵能源集团公司在Niedraussem地区建设了燃烧后系统碳捕获试点电厂和微藻固碳技术实验厂；2005年，瀑布能源集团公司开始在Schwarz Pumpe地区建设集成碳捕获技术的富氧燃烧电厂，该试点电厂于2008年开始正式运行；2009年，瀑布能源集团公司与法国天然气公司合作，在德国Altmark地区面积约350平方千米的废弃天然气田开展大规模的二氧化碳地理封存示范项目，计划在未来3年内封存约10万吨二氧化碳等。表3-5列出了德国宣布即将实施的部分碳捕获与封存示范项目：

表3-5　德国宣布将实施的部分碳捕获与封存示范项目

1.Ketzin碳封存实验 确保二氧化碳安全长期封存是碳捕获与封存技术实现大规模应用的关键，建立实验研究基地对二氧化碳地质封存的基础研究具有重要意义。在欧盟第六研究框架计划和德国联邦教研部、经济部的共同支持下，德国波茨坦地学研究中心在距柏林西南约40千米Ketzin镇组织实施了二氧化碳地质封存实验项目（CO2SINK）。该实验项目于2004年4月正式启动，从2008年6月开始向地下600米深的盐水层注入二氧化碳，并监测二氧化碳的地下封存的状态。截止到2010年3月7日，该项目已经向地下注入了31482吨二氧化碳。根据项目组采集的监测数据，注入地下盐水层的二氧化碳基本保持了稳定。波茨坦地学研究中心专家表示，未来在Ketzin地区将可埋存约2000万吨二氧化碳。

2.Schwarz Pumpe富氧燃烧碳捕获试点电厂 瀑布能源集团（Vattenfall）德国公司投资7000万欧元在Schwarz Pumpe地区建设了全球第一家集成二氧化碳捕获技术和富氧燃烧技术的煤炭火力发电试点厂。该试点电厂的总装机容量为3万千瓦，从2008年9月开始为期10年的运行，该电厂主要技术参数：干褐煤消耗量5.2吨/小时，氧气消耗量10吨/小时，二氧化碳捕获量9吨/小时。在积累试点电厂运作经验的基础上，瀑布能源集团计划在2012年启动25～50万千瓦装机容量的富氧燃烧系统二氧化碳捕获示范电厂，并计划在2015年左右实现100万千瓦装机容量富氧燃烧系统二氧化碳捕获电厂的商业化运作。图3-3是集成二氧化碳捕获技术的Schwarz Pumpe富氧燃烧试点电厂工程示意图。

图3-3　德国Schwarz Pumpe富氧燃烧系统碳捕获试点电厂工程示意图

3.Niedraussem燃烧后系统碳捕获试点电厂 2009年3月，在德国联邦经济部支持下，莱茵能源集团公司联合林德公司（Linde Group）和巴斯夫公司（BASF）在Niedraussem地区建立了德国第一个采用燃烧后系统二氧化碳捕获技术的试点电厂。该燃烧后系统二氧化碳捕获装置的总投资为900万欧元，联邦经济部为其提供了40%的建设经费，而莱茵能源集团投入了8000万欧元经费用于试点电厂整体建设。目前，该示范电厂已经正式运行，项目实施方希望通过试点电厂的运作为今后火力电厂燃烧后系统二氧化碳捕获技术的大规模商业化应用提供技术信息参考。该电厂主要技术参数：二氧化碳捕获能力300千克/小时，二氧化碳捕获效率90%。

4.Niedratussem微藻固碳示范厂 在北莱茵威斯特法伦州地方政府的支持下，莱茵能源集团组织开展了微藻固碳技术研究项目。2008年8月，莱茵能源集团在Niedraussem地区的煤炭火力发电厂启动实施了目前全球唯一的大规模微藻固碳示范研究项目。该项目利用火力发电厂燃烧后烟气培育微藻，由于微藻生长速度高于普通陆生植物10倍，从而实现以较高的效率捕获和固定火力发电厂烟气中二氧化碳气体的目标。项目研究人员通过连接装置将发电厂燃烧后烟气导入含有微藻液体的反应器中进行过滤，通过藻类光合作用吸收烟气中的二氧化碳尾气，由此产出的微藻可以作为生物质能源被直接利用。目前，该微藻固碳示范工厂的光反应器面积约为1000平方米，每年可以生产6吨左右的微藻（干物质），每年吸收固定二氧化碳12吨。