“吃”二氧化碳的船

赵芸

中国独立研发的二氧化碳运输船，不仅可以实现全航程“零碳”运行，还可以将二氧化碳“吃”进“肚子”里，并运输到固定地点封存。那么，什么是二氧化碳运输船？人们是如何“捕捉”二氧化碳，又怎样将它“吃”掉的呢？

何为二氧化碳运输船？

二氧化碳运输船是为了在低温和高压下，有效将液化二氧化碳运输到储存或使用地点而建造的。即捕捉二氧化碳→用船舶存储和运输二氧化碳→将二氧化碳运输到固定的深埋地点进行封存，从而达到减排、净化空气的效果。

1999年，荷兰的一家船厂就建造了全球首艘二氧化碳运输船。随着全球碳减排行动的逐步推进，对二氧化碳运输船的需求也在逐渐增长。

船只制造有讲究

从技术角度来看，二氧化碳运输船的开发难度不算很大。因为二氧化碳的液化温度与液化石油气（简称LPG）类似，前者零下37摄氏度，后者零下33摄氏度，两者存在很强的技术通用性。但由于二氧化碳存在三相点的“变脸”问题（即在一定温度下可以实现液态、气态、固态3种形态的随意转换），如何确保运输过程中二氧化碳的稳定性，成为摆在建造二氧化碳运输船面前的最大问题。

二氧化碳是以液态形式封存在船上储罐内，再进行运输的。但由于海上极端天气频繁，甲板温度的过高或过低，都容易影响到舱内二氧化碳的“形态”。一旦舱内温度变成零下56摄氏度，那么就触及了二氧化碳的三相点，即固、液、气态共存的温度点。举个例子，船上存储罐可以承受1∶200的气态液态比例，但如果二氧化碳突然气态或固化，会使存储罐承受过高的压力；同时如果二氧化碳再次从气态或固态变为液态时，又极易出现蒸发或介入杂质，从而影响船舶运输的安全性。

二氧化碳封存方式示意图（以管道输送为例）

 二氧化碳运输船的“胃”——半冷半压式C型舱

因此，精确控制舱内温度和压力是二氧化碳运输船最大的技术难点。中国江南造船厂研发建造的二氧化碳运输船所采用的液压舱，能很好地解决这个难点。这种液压仓是半冷半压式C型舱（通过压力+低温的双模式，提高舱内的液压效率），可提供二氧化碳再液化和液货舱蓄压两种备选方案。也就是说，即使出现三相点，该船的液货舱也能够将固化和气态的二氧化碳再安全地变回液态；或者，即便二氧化碳出现气态和固化，储罐都可以承受住由此带来的压力变化，继续实现安全运输。

知识链接   二氧化碳封存方式

二氧化碳的封存环节有陆上和海上两种模式。陆上模式通过管道、增压罐车，将二氧化碳储存于地质构造当中，实现其与大气的长期隔绝；而海上模式，则是利用船舶或管道，将其所储存的二氧化碳运送到岸基或海上接收与处理终端，再封存海底。

二氧化碳

捕捉、固定有方法

二氧化碳运输船的主要用户是沿海的电厂等，因为它们在发电过程中会产生大量二氧化碳。但是，二氧化碳是不可以直接排放的，国家对此有相关的严格标准。在对电厂产生的二氧化碳进行捕捉后，一般会采取冷压的模式，即利用装置，通过低温将二氧化碳冷却成液态或者固态，然后将其运走，运达封存地之后需要对二氧化碳进行固定。

全球的研发者正在对碳捕捉、碳固化进行多种尝试和操作，这些技术手段包括生物、物理、化学的吸收方法，和矿石碳化、海水固碳、矿井封存等固定方法。

化学吸收法是目前工业中应用最广泛的二氧化碳捕捉方法，即采用化学吸附剂吸收化石燃料燃烧废气中的二氧化碳，或者采用膜分离法分离尾气提纯二氧化碳。

 利用二氧化碳驱油提高石油采收率（CO2-EOR）示意图

从固定方法看，矿井封存方式比较简单易操作，只要将二氧化碳注入深海即可。而矿石碳化的可操作性不强，因为要利用存在于天然硅酸盐矿石中的碱性氧化物（例如碳酸镁和碳酸钙等）将二氧化碳转化为稳定的无机碳酸盐，存在反应速率低、反应条件苛刻、产物附加值低等问题。

每艘船都将独一无二

未来的每艘二氧化碳运输船都是定制款。因为要根据海上接收二氧化碳相关设施设备，同时根据所注入海底的深度所对应的压力壓强等，来设计和建造船上二氧化碳储罐中的接收端。

如果二氧化碳注入的海底深度浅，那么二氧化碳储罐在卸货时，所需要应对的压力相对来说小一点，但如果二氧化碳注入的海底深度达到3000米以下，那么二氧化碳储罐在卸货时，其接口端所应对的压力，肯定就要大很多。所以，每艘二氧化碳运输船都是根据二氧化碳打入海底的深度，来定制每艘船的储罐接口端，以此实现该船的个性化研发和建造。

二氧化碳与海水隔离百万年

通过船舶将二氧化碳运输到海上封存设施具有更大的灵活性，特别是在具备多个海上接收设施的情况下。随着二氧化碳捕集量的增长，在某些情况下，船舶运输在成本上还可以与管道相媲美，尤其是需要长距离运输、自身封存资源有限的国家可能更需要这种方式。

如果方法得当，其中的某些技术可以将大气中的二氧化碳与海水隔离几百万年。有些技术还可能会产生协同效益，减少海洋酸化相关的影响。但如果海底碳存储方法使用不当，则会影响海洋的化学、物理和生态过程，进而加强海洋酸化，损害海洋生态系统。随着科学技术的发展，这一隐患在未来也许会被解决。

 二氧化碳运输船与海上接收设备示意图

全球变暖是目前国际社会密切关注的环境问题之一。在各种温室气体中，二氧化碳对升温影响最大，二氧化碳运输船的出现也许能为缓解全球变暖提供新助力。

知识拓展   二氧化碳封存新用处

对于运输到终端的二氧化碳而言，除了将其封存于枯竭的油田或者其他安全的地下场所，还可以将二氧化碳进行资源化利用，相较于封存，碳利用能产生经济效益，更具有现实操作性。目前，最常见的碳利用方式为利用二氧化碳驱油提高石油采收率（CO2-EOR），该技术的使用使最初采出的石油量增加15％～20％。

（责任编辑 / 张丽静  美术编辑 / 周游）