第11版:科技·装备

中国能源报 2024年10月28日 星期一

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船舶“捕碳存海”技术助力海运业脱碳

■本报记者 王林 《中国能源报》(2024年10月28日 第 11 版)

  加州理工学院、南加州大学和技术初创公司Calcarea近期合作研发了一种船舶“捕碳存海”技术,通过一个安装在船舶上的“反应堆”,捕获船舶排放出来的二氧化碳放入其中,并与相关物质发生化学反应,从而转化成一种碳酸氢盐溶液,最终安全融入海水。业内人士指出,这是一个针对现有船舶碳排放的新技术路线,可以与海运业务高效集成,从而助力海运业脱碳。

  ■■ 模仿海洋自然捕碳过程

  海水会自然吸收大气中约1/3的二氧化碳,让水的酸性更强,从而溶解海洋中大量存在的碳酸钙,溶解的碳酸钙随后与水中的二氧化碳反应形成碳酸氢盐,而碳酸氢盐是海水的一种天然成分。

  加州理工学院、南加州大学和Calcarea公司研发的Ripple反应堆技术,就是模仿这一自然过程,直接从船舶发动机废气中提取二氧化碳,然后与海水、碳酸钙进行混合并发生反应,转化为含有少量碳酸氢盐的溶液,随后将这种溶液安全释放回海洋,整个过程对海洋整体化学影响很小。

  Calcarea公司表示,在自然界中,这个反应需要1万年以上,但在Ripple反应堆中只需要大约1分钟,并且这一过程对海洋生物、海洋环境和生态系统的影响可以忽略不计,与此同时,碳酸氢盐溶液可以在Ripple反应堆中储存长达10万年。

  “这是地球几十亿年来一直在进行的一种反应,目前海洋中已经有38万亿吨碳酸氢盐。”美国加州理工学院地球化学和全球环境科学教授、Calcarea公司创始人兼首席执行官杰斯·阿德金斯表示,“如果研发顺利且快速,海运业就有机会找到一种安全、永久的二氧化碳储存方法。”

  “这一技术模仿海洋的自然碳捕获过程,但速度要快得多。”南加州大学教授、Ripple反应堆技术研究成员之一威尔·贝雷尔森表示。

  ■■ 既可捕碳又可捕硫

  根据Calcarea公司估算,一个全尺寸的Ripple反应堆,可以捕获和储存一艘船大约一半的二氧化碳排放量。目前,Calcarea公司已经筹集了350万美元资金,建造两个原型反应堆——Ripple 1原型堆和Ripple 2商业测试堆。同时,还在研究给Ripple反应堆增添预过滤器的可行性,旨在去除可能混入水中的其他污染物,如颗粒物、未燃烧的燃料以及其他杂质。

  Calcarea公司通过Ripple 1原型堆测试在严格控制条件下海水碳捕获能力,通过Ripple 2商业测试堆探索规模化应用前景。5月底,Calcarea公司与国际海运公司Lomar研发部门建立合作关系,寻求在Lomar公司旗下船舶上安装其首个全尺寸Ripple反应堆,反应堆整体重量约占船舶载重吨位的4%—5%。Ripple反应堆可以根据不同船舶尺寸进行定制,适用于运载18万吨货物纽卡斯尔型散货船等超大型船舶。

  不过,推进技术研发和商业化的同时,还需要解决工程和成本的挑战,包括如何准确将Ripple反应堆安装在船上等。根据目前估计,Ripple反应堆技术成本约为每捕获一吨二氧化碳花费100美元。

  值得一提的是,Ripple反应堆技术还可以捕获硫。目前,大部分船舶都安装了洗涤器,目的是捕获对人类健康和环境有害的硫排放。根据英国港口协会数据,截至2023年6月,全球约有5%的商船船队安装了洗涤器。

  ■■ 助力现有船舶减少排放

  “我们的目标是将这项技术发展成一种商业上可行的解决方案,可以轻松地集成到现有海运业务中,从而大幅减少海运业碳排放。”威尔·贝雷尔森表示。

  海运业碳排放量占全球碳排放总量的3%。国际海事组织计划到2030年将国际海运业碳排放量较2008年相比至少减少40%,到2040年,碳排放量较2008年相比至少减少70%,2050年前后实现净零排放。

  有分析指出,截至目前,甲醇、氢、氨等低排放船舶燃料距离规模化普及还有一段距离,而且还需要突破成本挑战。因此,降低现有船舶碳排放无疑是海运业当前最直接有效的减碳路径。

  据悉,英国Seabound公司也制造了一种类似设备,可以捕获船舶排放25%—95%的二氧化碳,不过其产生的固体碳酸盐卵石必须运到港口卸载。

  对此,普林斯顿大学地质与地球物理科学教授丹尼尔·西格曼指出,相比之下,Ripple反应堆技术整个反应过程发生在船舶内部,不会提高海洋酸度水平,进而导致对海洋生物有害的海洋酸化问题。

  “我们认为,船舶实际上能够与地下二氧化碳储存相竞争。”杰斯·阿德金斯强调,“这项技术将是有效、安全将碳以碳酸氢盐形式储存在海洋中的解决方案之一,不仅提供了更低的能源需求、更低的成本,并且与减少海运业排放的同类替代方案相比,对基础设施的要求更低。”