日本CCS产业或迎来更快发展

化石能源重新受宠
4月30日－5月3日，美国能源部国家实验室在美国宾夕法尼亚州匹兹堡召开第十一届碳捕捉、利用及封存大会。日本经产省主管环境和工业科技的副主任仲西博纪在日程最后一天上午的主题发言中表示，由地震引发日本国内能源战略转向，化石能源发电会被重新重视，而与之清洁利用相关的碳捕捉、利用、封存产业也将得到更快发展。
美国能源信息署（EIA）数据显示，日本是仅次于美国、中国的全球第三大石油消费国，2010年日本石油需求为440万桶/天。不过自2005年起，由于替代燃料的推广、人口老龄化日趋严重以及政府主导的节能减排，日本的石油需求出现萎缩。
2006年日本政府制定并推出了新的能源战略，其指导思想是节能和提高能效。政府计划减少石油在一次能源消费中的比例，尤其是在交通运输行业的消费量。这一计划卓有成效，日本石油占一次能源消费的比例从上世纪70年代的80%降至2009年的46%，提高能效和加大核能及天然气利用率被认为是最得力的措施。
截至2008年的数据显示，日本拥有2.81亿千瓦的电力装机，仅次于美国、中国，排名世界第三。根据2009年的统计数据，日本发电比例的63%来自常规化石能源，高达27%来自核能，8%来自水能，剩下2%为其他可再生能源。然而这一情况可能因发生于去年的“3?11”特大地震加海啸而发生改变，多座核电站因安全隐患停运，化石能源占发电比例可能继续提高。
不得不正视的碳排问题
“3?11”地震前，日本经产省曾计划全面推广核能，力争核电比例从2008年的24%提高到2017年的40%，并最终到2030年前实现50%的目标。由于核电清洁，发展核电平均每年为日本减少14％的碳排放。如今放弃核电需要消费更多的化石能源补缺。根据日本电力信息中心统计，日本在运的有60座热电厂，另有5座在建，其中2座使用液化天然气（LNG）发电，3座为普通燃煤电厂。尽管日本为降低排放将天然气发电比例提高到了26%，但煤炭仍然是其主要的发电来源，占到发电比例的28%。重新扩大火电规模，日本不得不正视火电增加的碳排影响。
外界普遍认为，碳捕捉和碳封存（CCS）是应对全球气候变暖的主要途径。不少国际组织均强调了 CCS的重要性。联合国政府间气候变化专门委员会在2005年的一份报告中指出， 要有效地降低大气中温室气体含量， CCS是其中的一项选择。国际能源署（IEA）2008年也发布专门报告称， 利用 CCS能够降低全球五分之一的碳排放，并有助于在2050年前以较为合理的经济成本实现减少50%的全球温室气体排放的终极目标。
2008年在日本北海道洞爷湖举行的八国首脑峰会上，包括美国、中国、日本在内的八国首脑达成共识，表示在2010年前，在全球范围内建设20个大型CCS示范项目，并考虑各国国情，力争在2020年前启动CCS技术的推广利用。
日本计划2020年实现CCS商业化
日本政府为发展CCS制订了若干项目，例如“建设低碳社会行动计划”和“全球降温能源科技革新项目”等。这些项目均为加快建设大型CCS示范项目铺路，降低CCS成本，最终到2020年前实现商业化的宏伟目标。
在具体实施过程中，日本政府和产业界自2008年以来做了如下工作：
一是成立实体公司。由经产省牵头组织，37家横跨石油、天然气、电力、钢铁等众多能源、贸易相关领域的日本企业合股成立了一家专门从事CCS研究利用的公司JCCS。从政府层面而言，参与支持CCS研发的主要是经产省和环境省。JCCS、经产省下属机构地球环境产业技术研究所（RITE）专注于建设CCS示范项目和配套研发，经产省下属另一机构新能源产业技术开发机构（NEDO）从事CCS技术研发，环境省则负责CCS项目监管。
二是建设示范项目。JCCS已经就建设大型示范项目进行了大量的前期调研准备工作，其中包括海底油管和三维地震资料的搜集，以确定潜在的封存地点。截至目前，示范项目的设计碳封存能力最高可达10万吨/年。
三是研发投入。日本政府支持了CCS技术各个方面的研究，其中包括高级膜分离技术、高效化学溶剂以及高级模拟和监测技术等。
四是制定CCS示范项目安全标准。2009年8月，日本政府发布《CCS示范工程安全操作守则》。出于安全生产和环保两方面考虑，该《守则》详细指出了建设大型示范项目应该遵循的若干标准。《守则》还强调，未来新上马的项目均须按照要求逐一进行严格审核。承建示范项目的单位必须针对不同地质构造，建设实用可靠的安全系统。《守则》分为9个章节：封存地点的地质评估；二氧化碳的运输环节；地面设施的安全要素；环评要素；封存井洞的安全要素；二氧化碳注入与操作环节中的安全要素；二氧化碳压缩环节；二氧化碳监测；可能发生的意外及其应对措施。
四是国际合作。CCS的发展离不开国际合作。日本政府为此与发达和发展中国家展开了广泛合作。目前，日本主要与澳大利亚、美国等国联合研究CCS。
2015年首座大型示范项目投产
日本国内的CCS大型示范工程针对的主要是热电厂发电过程中排放的二氧化碳。据了解，示范工程计划每年捕捉10万吨二氧化碳，经过处理后埋入不超过1000米深的海床。此外，二氧化碳长期模拟与监测和其他相关技术也是示范工程要研究解决的内容。据悉，到2015年，至少有一座政府投资建设的示范工程能够完工，并实现注气。
2009年，JCCS完成两个选址区域的三维地震资料和海底油管信息采集。有关机构还将对其进一步评估，以确定是否适合在此建设大规模示范工程。
除国内项目，日本还与澳大利亚合作建设Callide 富氧碳捕捉和封存示范项目。富氧燃烧技术用于从燃煤电厂中捕获二氧化碳的前景很广阔。该技术上世纪90年代诞生于日本，如今通过日本、澳大利亚的CCS合作示范项目以期获得更进一步的发展。Callide工程2008年3月启动，主要应用日澳2004-2005年间科研合作的成果。
与其他类型的碳捕捉技术相比，富氧技术更易于商业推广，因为该技术起源于常规技术。理论上，采用富氧技术的火电厂90%以上的碳排能混排入到烟气中，从而能够消耗更低的能源实现碳捕捉。并且富氧锅炉排放的氮氧化物远远低于常规处理，这主要得益于锅炉中配备的烟气循环系统。
Callide CCS项目是全球首个通过改造现有火电厂实现碳捕捉和封存的示范项目，位于澳大利亚昆士兰州中部，2011年底实现注气，计划2016年全面完工。
CCS研究的突破点在于如何降低操作成本，而CCS运行成本的70%来自碳捕捉。据日本经产省公布的CCS技术研究路线图，日本目前每吨二氧化碳的捕捉成本为4200日元（按现行汇率，合人民币330元），而到2015年捕捉成本要降至每吨2000日元，最后到2020年降至千日元水平。
RITE正在研发高效碳捕捉技术，其核心乃二氧化碳分子滤膜。采用滤膜从压缩气流中分离二氧化碳，操作性更强，热电联产（IGCC）过程中实现碳捕捉即是采用这种方法。 RITE从事的这项研究就是为了能够大幅降低捕捉过程中消耗的能源和成本。
与此类似的研究项目还包括，旨在降低碳捕捉一半成本的新型化学溶剂吸收系统项目等。
CCS的另一个技术难题在于如何确保二氧化碳注入封存地点过程中以及之后的安全和稳定。 RITE调查了日本境内适用于碳封存的若干特殊地质构造，最终选取新泻县的长冈，于2003年7月至2005年2月，按照每天20-40吨的剂量，向此地的一个含水盐穴注入共计1.04万吨的二氧化碳。在注入过程中，新泻发生里氏6.8级地震，长冈震级高达7级，所幸封存地点未发生一丝泄漏。通过实验掌握的数据，日本正致力于将其用于开展大规模碳封存示范项目。