二氧化碳变石油 用二氧化碳换石油

　　在新能源技术尚未完善的今天,世界每天都在被能源和环境问题困扰。更多的化石燃料需要被开采和消耗,向大气中释放更多的二氧化碳,对环境造成更大的损害。那么有没有一种两全其美方式,既能够增加能源产量,又能够减少大气中的二氧化碳呢?近年来迅速发展的二氧化碳石油回采技术(CO2-EOR)让这个看起来有些痴人说梦的理想变得现实起来。
　　CCS(碳捕捉和存储)是目前公认的比较有潜力的减少大气中二氧化碳的方案。CCS是指捕获大气中或工业生产的二氧化碳,经过一些处理,埋藏于地下的安全场所,达到控制和减少大气中二氧化碳含量的目的。然而,目前CCS还面临很多难以解决的问题。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――化石能源恰恰又会产生大量的二氧化碳。
　　此外,对二氧化碳进行捕捉和存储的成本很高,需要大量专门的技术设备投入。在技术相对领先的欧洲,目前碳捕集成本约为每吨70欧元,而面对动辄上万吨、甚至百万吨的减排需求,其综合成本是相当惊人的。美国伊利诺伊州曾经进行过一个“未来发电”的项目,对CCS进行了认真尝试,但最后无奈宣告取消,原因就是预计成本从8亿多美元增加至18亿美元。另一方面,寻找安全的埋藏地点,保证埋藏的二氧化碳不会泄露也是一个必需解决的问题。
　　天然气石油工业经过上百年的发展,积攒了很多的技术设备,比如运输管道设备、气体压缩技术等,都是CCS项目所必需的;大量油井气田也是非常有利的二氧化碳埋藏地。这些似乎为CCS提供了一个可能的切入点。近二三十年来,CO2-EOR的发展和成熟,真正将CCS与石油工业联系起来。IPCC在2005年对发电厂的CCS技术投资进行过估算,应用CCS技术使发电成本增加约0.0l～0.05美元/度,但如果项目中包括CO2-EOR,会使CCS造成的额外发电成本下降约0.01～0.02美元/度。
　　
　　用二氧化碳采油
　　
　　用二氧化碳帮助开采石油,这主意并不新鲜。
　　20世纪初石油工业刚刚兴起的时候,石油公司在油田上方打出油井,仅仅靠着地下的压力使石油自然流出地面。当地下压力逐渐减少,石油流不出来,油田就废弃了。实际上,这些自然流出的石油通常只占油田储量的10%,还有近90%的石油仍然在地下的岩层中闲置。第二次世界大战后,石油工业开发出“二次回采”技术。石油公司通过向地下泵入水或同油混在一起的天然气,能从地下继续开采出一部分石油。但这也只能使石油的开采率提高到30%左右,仍然有多达70%的石油在地下继续闲置。如果能将这些剩余石油再开采30%,即开采率提高到60%,岂不是相当于将现有世界石油储量再增加一倍?
　　石油附着在岩石或沙砾的表面,就像盘子表面的食用油一样,而且比食用油更加黏稠。开采石油就像洗盘子,得想办法把油和盘子分离。小部分的石油在“二次回采”中被水冲洗出来,但大部分石油依然牢牢附着在岩石和沙砾的表面。一些科学家就想到,洗盘子光用冷水是洗不干净的,得用热水才行;而石油更加黏稠,可能需要更高温度的流体来驱赶才更有效。1952年,美国大西洋炼油公司的几名工程师就提出了将二氧化碳注入油井中的技术,并获得专利。在高温高压下,二氧化碳和石油混合会形成低粘度、低表面张力的流体,这使得石油更容易与沙粒分开并析出;二氧化碳还能够入侵并占据很多之前水无法到达的细小缝隙,这也有助于驱赶出更多的石油。这就是二氧化碳回采技术,它能够将石油的开采率进一步提高到60%-70%。
　　1972年1月,世界上第一个商业化的CO2-EOR工程在美国德克萨斯州的凯利•斯奈德油田进行,每天有30万吨的二氧化碳从附近一个天然气加工厂输送过来,在很高的压力下被注入油井中。这个系统一直运转到今天,每天能够使该油田的产量提高3万多桶。近些年,越来越多的二氧化碳回采系统在世界各地被建立起来。
　　到目前为止,全世界已经有上千个油田建立了CO2-EOR系统,每天向地下埋藏的二氧化碳多达110万吨,帮助原油产量每天提高27万多桶。根据分析,全球能够进行二氧化碳回采的石油大概在1600-3000亿桶, 这个数据能够达到全球石油总产量的25%以上;大概有9300亿吨以上的二氧化碳可以通过这一途径被封存到油藏中,这个数值相当于2050年全球累计排放量的45%。
　　不过,对于CO2-EOR是否真的能够减少大气中的二氧化碳,很多人还存在着疑问。
　　一些观点认为,CO2-EOR增加了石油产量,因此刺激了更多的石油消耗,自然会向大气中释放更多的二氧化碳。
　　还有一些观点认为,目前这项技术能够埋藏的二氧化碳量还是非常有限的。比如,在IPCC关于CCS的特别报告中已经注意到,废弃的油井和天然气田只是存储二氧化碳的一种选择,它们的容量还是相对有限的。“CO2-EOR并不能成为碳埋藏的主要途径。根据控制成本的需要,石油企业在追求石油产量最大化的同时,输入和埋藏二氧化碳却是尽量最小化的。只有在未来,碳储存真正具有经济价值,它和石油产量才能同时达到最大化。”
　　不得不承认,这些质疑是有一定道理的。但是今天的世界,如果能够埋藏一点二氧化碳换取更多的石油能源,总好过消耗一些石油能源来埋藏一点二氧化碳吧。
　　
　　二氧化碳太少了吗?
　　
　　目前的石油回采技术还有很多种,可以用蒸汽、天然气以及化学试剂、生物工程等,利用二氧化碳回采的石油,只占回采石油总量的15%左右,而且主要集中在美国。为什么这一看起来既环保又能够增加能源产量的技术,不能广泛地普及呢?除了技术上的原因,CO2-EOR面临最大的障碍恰恰是它的好处之一:二氧化碳。对于大部分地区而言,二氧化碳的供应远远无法满足石油回采的需要。
　　20年前,美国曾在二叠纪盆地、怀俄明和密西西比3个地区建立了多个二氧化碳气源,采集二氧化碳气体并加工输送给当地的油田。最初,这些气体供应总是多于油田需要;但是自2004年以后,这3个地区的油田全部受制于二氧化碳气体的供应――即便是所有的气源都满负荷工作也无法满足油田的需要。两年前,宾州西部能源信托公司曾计划在加拿大西部建设一个巨型的CO2-EOR项目。这个项目预计消耗艾伯塔省每年采集的50%~60%的二氧化碳,回采的石油将超过该地区石油总产量的10%。但在今年年初,该计划被宣告搁置,原因正是二氧化碳的供应达不到要求。
　　既然采集和埋藏二氧化碳对于环境是非常大的好事,那么为什么不采集更多二氧化碳供给油田呢?这正是因为目前二氧化碳采集的成本依然很高,规模也较小。如果仅仅从经济利益上看,专门采集二氧化碳供给油田,大部分生产商都是得不偿失的。
　　目前全球每年排放的二氧化碳在300亿吨以上,其中约有40%来自发电厂,23%来自运输行业,22%来自水泥厂、钢厂和炼油厂。碳捕集技术最早应用于炼油、化工等行业,这些行业排放的二氧化碳浓度高、压力大,捕集成本并不高;而排放量最大的燃煤电厂所排放的二氧化碳则恰好相反,捕集能耗和成本较高,现阶段的碳捕集技术也无法解决这一问题。在这样的情况下,大部分石油生产商更多地选择成本较低的水蒸气、天然气甚至空气等进行石油回采。在获得资源和经济利益的同时,对环境并没有什么贡献。IPCC对CO2-EOR的质疑也源自于此。
　　值得庆幸的是,随着全球气候问题愈加严重,近年来各国政府在继续加大新能源投入的同时,也逐渐开始重视CCS。比如:加拿大政府在过去10年中,一共为CCS投入了20亿美元的资金。挪威这样的小国更是保持着每年4000万英镑的巨额投入。2009年1月,欧盟正式提议划拨总额12.5亿欧元的专款,为欧洲境内的l1座火电厂安装CCS设备。各国政府对CCS的巨额投入能够分摊一些石油生产商在二氧化碳采集方面的成本,这对石油生产商发展二氧化碳回采技术无疑是巨大的鼓舞。随着碳交易市场的发展和逐渐成熟,未来的石油生产商不仅能够从石油开采获取利润,也能够从CCS中分享利益,这促使越来越多的石油生产商纷纷投入到CCS和CO2-EOR的研究开发中来。

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