解读碳中和、碳汇、碳捕集术语大全

2022-08-21 24 次浏览碳汇碳捕集CCUS碳中和
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碳通通 · 脱水解读

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2021年12月22日,中国环境科学学会发布团体标准《二氧化碳捕集利用与封存术语》(T/CSES 41—2021),并于2022年1月1日起实施。这份标准由生态环境部环境规划院提出并牵头起草,系统界定了CCUS领域从捕集、运输、利用到封存、监测和风险管理的全套术语。对从事化工、火电、钢铁、水泥等高排放行业碳捕集项目的科研、管理和生产人员来说,术语不统一往往导致沟通成本陡增、项目边界模糊。这份标准到底把哪些关键概念说清楚了?我们逐条解读。

核心判断

  • 标准由中国环境科学学会归口,生态环境部环境规划院牵头起草,2022年1月1日实施。
  • 标准适用于化工、火电、钢铁、水泥等高排放行业的CCUS科研、管理、教学和生产活动。
  • CCUS定义在CCS基础上增加利用环节,利用包括化工利用、生物利用和地质利用三大类。
  • 标准将CCUS项目生命周期划分为概念研究到关闭后阶段,共八个阶段。
  • 标准单列监测测量性能与风险两个术语板块,覆盖监测、核查、审定与风险控制全流程。

脱水解读

一份团标,补上CCUS的“通用语言”

这份标准的全称是《二氧化碳捕集利用与封存术语》,编号T/CSES 41—2021,属于团体标准,由中国环境科学学会归口发布。它的提出单位是生态环境部环境规划院,起草单位还包括中国科学院武汉岩土力学研究所和中国地质调查局水文地质环境地质调查中心。主要起草人包括蔡博峰、李琦、李小春等。

标准于2021年12月22日发布,2022年1月1日实施,编制格式遵循GB/T 1.1—2020。从适用范围看,它覆盖化工、火电、钢铁、水泥等高排放行业的二氧化碳捕集、化工利用、地质利用及地质封存等相关领域的科研、管理、教学和生产活动。这意味着,凡是涉及CCUS的工程文档、环评报告、科研论文,都可以把这套术语作为共同参照。

CCUS与CCS:一字之差,边界不同

标准对CCUS的定义是:将二氧化碳从大气、工业或能源相关的排放源中分离或直接加以利用或封存,以实现二氧化碳减排或消除的工业过程。定义下面有一条注,说明CCUS来源于CCS,在CCS基础上增加了二氧化碳利用,而利用又分为化工利用、生物利用和地质利用三大类。

将二氧化碳从大气、工业或能源相关的排放源中分离或直接加以利用或封存,以实现二氧化碳减排或消除的工业过程。

这一注实际上划清了两个概念的边界:CCS只讲分离和封存,CCUS则把“用”也纳入进来。标准同时定义了CCS——将二氧化碳从排放源中分离出来并封存在地质储层中,使之长期与大气隔离的过程。两个定义并列,方便读者在项目文件中准确选用。

项目生命周期:从概念研究到关闭后

标准把CCUS项目生命周期定义为从概念设计到项目完成后的整个阶段,并在注中列出通常包括的八个环节:概念研究、预可行性研究、可行性研究、工程设计、工程建设、运行维护、关闭、关闭后阶段。这八个环节构成了项目管理的完整链条。

与之配套的还有两个时间概念:闭场阶段指从停止二氧化碳注入到场地被证明符合关闭标准之间的一段时间;闭场后阶段则从场地被证明符合关闭标准开始计算。标准还补充,在某些国家可能需要第三方认定符合标准的证明。这几个术语把项目“结束”这件事拆成了可核查的时间节点,对封存场地的长期责任划分尤其关键。

捕集与运输:技术路线和关键参数

在捕集环节,标准区分了三条技术路线:燃烧前捕集,即燃烧前对燃料进行处理并捕集二氧化碳;富氧燃烧捕集,即燃料与纯氧或高浓度氧与再循环烟气混合物燃烧后捕集;燃烧后捕集,即从燃料空气燃烧产生的烟气中捕集。三条路线对应不同的工艺位置,标准用简洁的定义把它们分开。

运输方面,标准给出了腐蚀裕量、管道脱水、短期储留等术语。腐蚀裕量指设计二氧化碳运输管道时增加的额外壁厚,用于补偿设计寿命期内因腐蚀造成的壁厚减少;管道脱水指将二氧化碳流中的水去除到管道末端露点以下。还有一个值得注意的术语是碳捕集预留,指排放源设备为后期捕集与压缩二氧化碳而预留的技术经济可行方案措施,标准引用了英国2013年相关条例的注,提到装机容量30万千瓦及以上发电厂应做好预留准备。

利用与封存:从驱油到矿化

利用环节的术语密度最高。标准把二氧化碳地质利用定义为将二氧化碳注入地下用于能源、资源生产或强化开采的过程,并列举了多种具体形式:二氧化碳驱提高石油采收率(CO2-EOR)、驱替煤层气(CO2-ECBM)、驱提高天然气采收率(CO2-EGR)、驱提高页岩气采收率(CO2-ESGR)、驱水(CO2-EWR)、铀矿浸出增采(CO2-EUL)、增强地热系统(CO2-EGS)等。化工利用则指将二氧化碳和反应物转化,资源化利用于有机化学品、材料、无机化学品制造及能源利用等。

封存环节,标准区分了构造封存、溶解封存、束缚封存和矿物碳酸盐化等机制,并定义了封存容量、封存性能、封存适宜性、源汇匹配等评价类术语。其中源汇匹配被定义为排放源与封存场地之间的空间优化对接,注中说明要基于距离、风险、整体经济性、能耗等准则进行优化。这些术语为封存选址和方案比选提供了统一的评价语言。

监测、核查与风险:项目后半程的术语支撑

标准第7章集中界定监测和测量性能相关术语,包括监测、基线、检测限、阈、核查、审定、不确定性、不确定性分析、审查区域、采样策略。其中核查指通过监测确认并提供符合指定条件的客观证据,注中提到在清洁发展机制背景下由指定业务实体对监测的人为减排进行独立审查;审定则指确认所考虑的系统在各个方面均符合该系统的规格。这两个词在碳市场项目文件里经常出现,标准给出了明确区分。

第8章风险相关术语覆盖风险、全局风险、交叉风险、风险控制、风险处理、风险情景、可接受风险、不可接受风险、预防措施、缓解、修复、应急预案、环境影响和环境风险。标准把风险定义为不确定性对项目目标负面影响的严重性及其发生的可能性,并注明目标可以涉及财务、健康、安全以及环境等不同方面。这套术语把风险识别、评估、控制和修复串成了一条完整的管理链条。

碳中和与碳泄漏:两个容易混淆的概念

标准在二氧化碳相关术语中给出了碳中和的定义:国家、企业、团体在一定时间内,通过植树造林等增加碳汇的方式或CCUS等碳移除技术的使用,抵消自身直接或间接产生的二氧化碳排放量,达到边界范围内二氧化碳“零排放”的状态。这个定义把CCUS明确列为碳移除技术之一,与植树造林并列。

另一个容易被误用的术语是碳泄漏。标准把它定义为:在只有部分成员参与国际联盟的条件下,承担二氧化碳减排义务的国家将二氧化碳高排放工业的生产转移到没有减排义务的国家,从而造成二氧化碳总排放增加的现象。这与二氧化碳泄漏(CO2 leakage,指二氧化碳从封闭体内的意外逃逸)是完全不同的概念。标准把两者分列在不同章节,读者在撰写报告时需注意区分。

图说解读

CCUS项目生命周期的八个环节

标准在“CCUS项目生命周期”条目下,用一条注列出了通常包括的八个阶段,从概念研究一直延伸到关闭后阶段。这八个环节不是简单的顺序排列,而是把项目从设想、论证、建设、运营到退出串成了一条完整的管理链条。

对项目管理者来说,这条链条的价值在于明确每个阶段的交付物和决策点。概念研究和预可行性研究解决“要不要做”,可行性研究和工程设计解决“怎么做”,工程建设和运行维护解决“做得好不好”,关闭和关闭后阶段则解决“做完之后怎么管”。标准还配套定义了闭场阶段和闭场后阶段的时间边界,为封存场地的长期责任划分提供了依据。

概念研究
预可行性研究
可行性研究
工程设计
工程建设
运行维护
关闭
关闭后阶段
CCUS项目生命周期八阶段
碳通通

捕集路线的三个技术分叉

标准把捕集环节拆成三条路线,分别对应燃烧过程的不同位置。燃烧前捕集发生在燃料进入燃烧设备之前,先对燃料进行处理再分离二氧化碳;富氧燃烧捕集改变燃烧介质,用纯氧或高浓度氧与再循环烟气的混合物替代空气;燃烧后捕集则从燃烧产生的烟气中分离二氧化碳。

三条路线的定义都很简短,但指向的工艺改造深度不同。燃烧前捕集涉及燃料预处理,富氧燃烧捕集涉及燃烧系统改造,燃烧后捕集则主要在烟气侧加装捕集装置。标准没有评价哪条路线更优,而是用并列的定义把技术分叉说清楚,方便项目方根据自身工艺条件选用。

燃烧前捕集
燃烧前对燃料进行处理并捕集二氧化碳
富氧燃烧捕集
燃料与纯氧或高浓度氧与再循环烟气混合物燃烧后捕集
燃烧后捕集
从燃料空气燃烧产生的烟气中捕集二氧化碳
三条二氧化碳捕集路线对比
碳通通

地质利用的多种强化开采形式

标准第6章用大量条目铺开了二氧化碳利用的技术版图。地质利用方面,驱油、驱煤层气、驱天然气、驱页岩气、驱水、铀矿浸出增采、增强地热系统各有明确定义,共同点是把二氧化碳注入地下,在封存的同时强化能源或资源开采。

化工利用则走另一条路,把二氧化碳和反应物转化,资源化利用于有机化学品制造、材料制造、无机化学品制造及能源利用等。标准特别加了一条注:CCUS中的化工利用不包括利用二氧化碳生成的产品在使用过程中重新释放二氧化碳的化学工业,例如尿素生产。这条排除性说明划定了化工利用的减排边界,避免把“短周期碳”算进长期减排。矿化利用则通过天然矿物或工业固废将二氧化碳矿化固定,同时获得高附加值化工产品。

驱油
CO2-EOR,提高石油采收率
驱煤层气
CO2-ECBM,驱替煤层气
驱天然气
CO2-EGR,恢复地层压力增产
驱页岩气
CO2-ESGR,置换甲烷
驱水
CO2-EWR,驱替深部液体矿产
铀矿浸出
CO2-EUL,选择性溶解采铀
增强地热
CO2-EGS,以二氧化碳为工作介质
矿化利用
CO2-MU,矿化固定联产化工产品
化工利用
转化为有机化学品、材料等
二氧化碳地质利用的主要形式
碳通通

封存机制的四条路径

标准把地质封存机制拆成四种:构造封存通过盖层阻挡二氧化碳运移并使其聚集在储层内,通常包括构造圈闭、地层圈闭、水动力圈闭及复合圈闭;溶解封存是二氧化碳溶解于地层流体中;束缚封存是二氧化碳吸附于矿物表面;矿物碳酸盐化则是二氧化碳与含镁钙铁等可溶解于水的矿物反应形成碳酸盐矿物。

这四种机制对应不同的时间尺度和安全性特征。构造封存和溶解封存偏向物理和流体过程,束缚封存和矿物碳酸盐化则涉及化学作用。标准没有按时间长短排序,而是并列给出定义,方便封存场地评价时逐项对照。与之配套的还有封存容量、封存性能、封存适宜性等评价术语,共同构成封存选址的术语基础。

构造封存
盖层阻挡运移并聚集在储层内
溶解封存
二氧化碳溶解于地层流体中
束缚封存
吸附于矿物表面的封存
矿物碳酸盐化
与含镁钙铁矿物反应形成碳酸盐
二氧化碳地质封存机制
碳通通

风险管理的术语链条

标准第8章从“风险”出发,把风险管理相关术语铺成一条从识别到应对的链条。风险被定义为不确定性对项目目标负面影响的严重性及其发生的可能性,注中说明目标可以涉及财务、健康、安全以及环境等不同方面。在此基础上,标准区分了全局风险和交叉风险,前者影响整个CCUS项目,后者影响一个或多个部分并对其他部分产生影响。

应对端,风险控制是以减少特定风险或避免风险升级为目的的措施,风险处理是通过实施风险控制降低特定风险的过程。预防措施在事件发生前或过程中减少发生可能性,缓解则限制或减少实际或潜在不良影响,修复是纠正受影响关注事项的故障或影响的过程。应急预案则把紧急情况发生前、发生时、发生后的动作、方法、时间和责任人系统化。这条链条把风险管理的动作拆得比较细,便于项目文件逐项对应。

风险识别
风险情景
风险控制
风险处理
预防措施
应急预案
CCUS风险相关术语链条
碳通通

监测核查的关键术语

标准第7章集中处理监测和测量性能相关术语,这张表挑了六个核心词。监测是连续或反复检查、监督、测量或确定系统状态,以识别与预期性能水平的差异;基线是监控或测量的比较基准;核查是通过监测确认并提供符合指定条件的客观证据,注中提到在清洁发展机制背景下由指定业务实体对监测的人为减排进行独立审查;审定则是确认所考虑的系统在各个方面均符合该系统的规格。

审查区域和采样策略偏向操作层面。审查区域是为评估CCUS项目对生命和人类健康、环境、其他资源竞争性开发或基础设施的影响程度而指定的地理区域;采样策略是根据目标确定每个采样区域的采样密度、位置、频率的技术原理或步骤。这几个术语放在一起,基本覆盖了监测方案设计、执行和审核的主要环节。

术语
定义要点
应用场景
监测
连续或反复检查、测量系统状态
识别与预期性能的差异
基线
监控或测量的比较基准
项目性能对比
核查
通过监测确认并提供客观证据
CDM背景下独立审查
审定
确认系统符合规格
项目准入确认
审查区域
评估影响程度而指定的地理区域
划定评估边界
采样策略
确定采样密度、位置、频率
监测方案设计
监测与核查核心术语
碳通通

碳中和与碳泄漏的概念边界

标准在二氧化碳相关术语中给出了碳中和的定义:国家、企业、团体在一定时间内,通过植树造林等增加碳汇的方式或CCUS等碳移除技术的使用,抵消自身直接或间接产生的二氧化碳排放量,达到边界范围内二氧化碳“零排放”的状态。这个定义把CCUS明确列为碳移除技术之一,与植树造林并列。

碳泄漏则是另一个层面的概念:在只有部分成员参与国际联盟的条件下,承担二氧化碳减排义务的国家将二氧化碳高排放工业的生产转移到没有减排义务的国家,从而造成二氧化碳总排放增加的现象。两者一个讲主动抵消,一个讲被动转移,方向完全不同。标准还把碳泄漏与二氧化碳泄漏(CO2 leakage,二氧化碳从封闭体内的意外逃逸)分列在不同章节,读者在撰写报告时需注意区分这三个词。

碳中和:通过碳汇或CCUS抵消排放
碳泄漏:高排放工业转移到无减排义务国家
目标状态:边界内二氧化碳零排放
后果:二氧化碳总排放增加
主动抵消行为
被动转移现象
碳中和与碳泄漏辨析
碳通通

数据解读

指标数值单位出处
标准编号T/CSES 41—2021封面
发布日期2021年12月22日封面
实施日期2022年1月1日封面
归口单位中国环境科学学会前言
提出单位生态环境部环境规划院前言
起草单位数量3家前言
主要起草人数量8人前言
术语章节数量6章目次
标准基本信息

这张表把标准的基本信息集中呈现。标准编号T/CSES 41—2021,2021年12月22日发布,2022年1月1日实施,归口单位是中国环境科学学会,提出单位是生态环境部环境规划院。起草单位共3家,除提出单位外,还包括中国科学院武汉岩土力学研究所和中国地质调查局水文地质环境地质调查中心。主要起草人8位,蔡博峰、李琦、李小春、庞凌云、刘桂臻、张徽、曹丽斌、吕晨。 从目次看,标准正文除范围、规范性引用文件外,术语部分分为6章:CCUS相关术语、二氧化碳相关术语、二氧化碳捕集和运输相关术语、二氧化碳利用与封存相关术语、CCUS监测和测量性能相关术语、风险相关术语。这个章节结构本身反映了标准编制者对CCUS知识体系的切分方式,从总论到分环节再到监测和风险,层层递进。

指标数值单位出处
二氧化碳临界温度30.9782℃4.3
二氧化碳临界压力7.3773MPa4.3
碳捕集预留电厂装机门槛30万千瓦5.10注1
CCUS项目生命周期阶段数8个3.3注
二氧化碳地质利用形式列举数7种6.1至6.9
封存机制类型数4种6.24至6.27
关键物理参数与界定值

标准在定义超临界二氧化碳时给出了两个关键物理参数:临界温度30.9782℃、临界压力7.3773 MPa。温度高于临界温度且压力高于临界压力时,二氧化碳进入超临界状态,气液两相界面消失,密度近于液体,黏度近于气体。当压力高于临界压力但温度低于临界温度时,则称为密相二氧化碳。这两个数值是管道设计和封存条件判断的基础参数。 另一组值得注意的界定值来自碳捕集预留条目。标准在注1中引用英国《2013年碳捕集预留(发电站)条例》,提到发电装机容量达到或超过30万千瓦的发电厂以及欧盟大型燃烧设备指令包括的新扩建设备类型,都应做好碳捕集预留准备。注2进一步列出燃烧电厂碳捕集预留需满足的三个条件:有合适的封存地点、改造在技术和经济上可行、运输至封存地点在技术和经济上可行。这些界定值把“预留”从原则要求落到了可核查的门槛上。

附件资料

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2021-林业碳汇计量监测术语

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《二氧化碳捕集利用与封存术语》 TCSES 41—2021

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