碳截存技术研究风险高且很耗时，政府必须与工业界、科研机构以及其他国家和国际组织进行合作，共同降低成本和风险，最大程度地满足公共利益。

　　所谓碳截存（Carbon Sequestration），是指二氧化碳的捕获、分离、存贮或再利用。目前，碳截存技术已在世界范围内不同程度地得以利用，并有望成为人类减少二氧化碳排放，应对全球气候变化所采取的主要措施。美国虽然拒绝批准《京都议定书》，但并不意味着他们不重视温室气体所带来的威胁，作为研究和发展碳截存技术的最主要国家，美国在这方面的研究状况值得我们的关注。

　　美国碳截存技术的研究背景

　　早在1997年11月，美国总统科学技术顾问委员会（PCAST）在其“联邦能源研究与发展：应对21世纪挑战”的报告中强调了碳截存技术的重要性。委员会建议能源部增加对碳截存技术的研发力度，报告指出：必须发展更大规模的碳截存技术研究规划，提供对碳截存的前景以及成本的科学评价。报告认为，尽管工业界已经具有相当丰富的经验，但政府所扮演的角色仍然是关键性的。通过廉价能源来保持经济增长的同时还要满足环保目标，这项任务是非常艰巨的，任何公司都不可能独立解决气候变化问题。碳截存技术研究风险高且很耗时，政府必须与工业界、科研机构以及其他国家和国际组织进行合作，共同降低成本和风险，最大程度地满足公共利益。

　　作为对这一建议的回应，美国能源部于1999年4月12日发布了一份长达200页的题为“碳截存：国家科学”的报告，这是一份工作草案，对美国未来25年内的碳截存技术的发展战略和路线作出了全面的规划。

　　报告认为，化石燃料仍然是21世纪能源供应的主流。保证清洁廉价的化石燃料供应对美国的繁荣和安全来说是至关重要的。然而，大气中二氧化碳浓度的不断增长愈来愈引起工业化国家的关注。

　　据统计，美国大约三分之一的二氧化碳排放来自发电厂，三分之一来自交通，还有三分之一是由工业、商业和居民生活等其他来源所产生。为了稳定并从根本上杜绝这类温室气体的排放，实施碳截存技术是非常必要的。

　　这份报告的重要意义在于，首次将碳截存技术作为美国应对温室气体排放的第三种措施。前两种分别是：提高能源生产和终端利用效率；通过脱碳、燃料转换和增加非碳能源（可再生能源和核能），减少燃料中的含碳成分。

　　报告认为，单靠前两种方法不能达到全球气候变化框架公约的目标，而如果能够研发大规模、低成本、环境友好的碳截存技术，达到这一目标才具有可行性。

　　2000年3月，美国能源部正式发布了“碳截存研究和发展报告”，在草案的基础上综合了公众和工业界讨论的结果，认为碳截存技术具有在将来成为处理二氧化碳排放的主要工具的潜力。

　　美国碳截存计划的研究目标

　　碳截存计划的成败取决于它是否能满足以下几个要求：

　　有效率而且具有成本竞争力；

　　提供稳定的、长期的存贮能力，对环境没有不利影响。

　　在现有的技术条件下，隔离每吨二氧化碳所需的成本约为100-300美元。碳截存计划的目标是到2015年将成本降低到每吨10美元以下，一旦实现，节省的资金将在万亿美元之上。

　　计划近期是检验并确定一批具备发展低成本技术潜力的碳截存技术方案。例如，1998财年曾提出了12项控制大气二氧化碳排放的创新性方案，1999年5月最终选择了其中5项最具潜力的方案进行了进一步的研究。

　　在选择某项技术时要运用到建模和评价方法，并考虑整个生产周期的成本和影响。此外，还要进一步分析对社会和地区及全球环境的影响。

　　计划中期将重点发展直接和间接的隔离技术。所谓“直接”隔离技术是指，电厂将二氧化碳排放到大气之前将其捕获的“可增值”的技术，如将二氧化碳用于提高石油采收率（EOR）和从深煤层中制备甲烷。“间接”隔离技术是指，将隔离过程与化石燃料生产和利用集成在一起，并增强海洋的碳储存能力。

　　2025年最终要达到的目标是使碳截存技术更具革新性，更少依赖于特定的地点或是特定的应用，从而扩大其经济适用范围。在其他国家广泛参与的情况下，因碳截存技术所减少的温室气体排放将至少占全球减排总量的一半。

　　美国碳截存计划的研究领域

　　美国碳截存计划由下述五个基本研究领域组成：

　　1.分离和捕获

　　主要研究在能源生产和转换系统中除去碳或二氧化碳的低成本技术方案。计划时间表为：2000年，奖励旨在降低成本的常规二氧化碳分离和捕获方案和先进技术(如无机膜等)；2002年，完成对多种一揽子技术方案的鉴定；2003年，完成富氧燃烧捕获的初始测试；2005年，完成低成本常规系统的实地检验和评价；2006年，完成富氧燃料捕获的实地测试；2008年，完成二氧化碳分离膜系统的实地测试；2010年，完成涡轮机排气捕获先进技术测试；2012年，用于集成系统的低成本先进技术的产业化准备。

　　2.不同地质条件下二氧化碳的截存（见表1，表略）

　　研究在油气田，无开采价值或不可开采煤层，深层盐水沉积等地质条件下二氧化碳长期贮存的适用性和有效性。

　　3.海洋碳截存

　　加快海洋对二氧化碳的处理或直接将二氧化碳灌注到深海底（1000米以下），验证增强海洋贮存二氧化碳能力的潜在机制。计划时间表为：2001年，完成深海二氧化碳灌注初始实验；2003年，完成用于评价深海灌注生态影响的全系列生物标记鉴定；2004年，指导第二次深海灌注系列实验；2006年，研究深海港湾和监测的技术可行性；2007年，研究海洋贮存二氧化碳的关键性生态因素；2008年，大规模营养物应用实地测试和第三次深海灌注系列实验；2012年，完成海洋碳截存的性能和环境检测数据及分析。

　　4.陆地生态系统对二氧化碳的隔离

　　通过农业和造林活动，检验森林、土壤和其他种类的植被这些陆相环境对二氧化碳的吸附能力。计划时间表为：2003年，检测利用燃烧副产品对土壤增强的效果；2004年，发展加速森林、土壤、植被贮存二氧化碳的方法论；2007年，陆地生态系统碳截存概念与化石燃料生产与利用系统的集成研究。

　　5.先进技术概念

　　通过全新的化学、生物学和其他脱碳方法，对能源系统产生的二氧化碳进行循环或重复利用。计划时间表为：2000年，奖励1999财年新概念研究项目；2001年，从1998财年新概念方案中选择的项目供第三期实地测试；2003年，新概念二期方案进入工程规模开发；2005年，奖励第三期新概念研究项目；2007年，完成第一期新概念项目的实地测试和环境评估；2010年，奖励第四期新概念研究项目；2012年，完成第二期新概念项目的实地测试和环境评估；2015年，完成第三期新概念项目的实地测试和环境评估。

　　此外，还需要对以上五个主要研究领域的研发活动以建模和评估方式进行分析。

　　碳截存计划涵盖了从捕获、分离、运输到存贮或利用的全过程，也包括对甲烷和一氧化二氮这种主要由能源产生的温室气体的处理研究。该计划侧重支持全新的、突破性的研究发展活动。近期研究计划则主要集中于三个关键性的方面：捕获、地质隔离和所有技术领域环境的可接受性。

　　要使美国二氧化碳排放在不远的将来达到一个稳定的水平需要付出巨大的努力。例如，在完全实现改进能源供应结构和终端使用效率的情况下，二氧化碳的排放水平可以稳定在550ppm。在实施碳截存计划的情况下，到2020年可使二氧化碳的年排放量减少1.3亿吨，这相当于40座500MW燃煤电厂排放量的总和。到2030年这一目标会增加到2.4亿吨，而且随着经济的增长而持续增加。

　　实现这一目标需要研究一大批低成本、环境友好的碳截存技术方案，使国家不同地区和各能源经济部门有充分的选择余地。加快计划的实施进程需要不同技术领域的共同努力，每一领域都有着不同的实施方案。