在未來數(shù)十年內(nèi)，煤將繼續(xù)保持其在世界能源市場的基礎(chǔ)地位。新技術(shù)有望將燃煤發(fā)電廠的溫室氣體的排放降為零，從而對環(huán)境保護做出巨大貢獻。

煤炭行業(yè)風頭正盛。其中的原因不言而喻：世界人口不斷增長，人類對能源的需求不斷增加。此外，很多國家都有很大的煤炭儲量，因此，它們除了煤炭之外也不會使用其它類型的能源資源，尤其是石油和天然氣。這種發(fā)展趨勢的缺點很明顯：煤電站每生產(chǎn)一度電排放的二氧化碳幾乎是燃燒天然氣的聯(lián)合循環(huán)電廠的兩倍。并且，世界經(jīng)濟也離不開煤。當前，41%的電能來自煤電廠；在中國，這一數(shù)字可能達到80%以上。僅2006年一年，中國就有174座500兆瓦級的煤電站上馬。根據(jù)西門子預(yù)測，由于可再生能源資源使用量的劇增，從現(xiàn)在到2030年，煤電的比例將從41%下降到32%。然而，在這一期間，燃煤發(fā)電的值實際上將從目前的83,000億度增至105,000億度。

無論對于電力工程公司還是能源管理集團，都應(yīng)該以有利于環(huán)保的方式設(shè)計并建造燃煤發(fā)電廠。多年以來，為了實現(xiàn)“二氧化碳捕集和儲存”技術(shù) (CCS)，*可謂是不遺余力。根據(jù)發(fā)電廠類型來劃分，分離二氧化碳以及其它因燃煤而釋放的氣體的主要方式有三種：

→在煤燃燒以前，先通過整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)技術(shù)（IGCC）將煤進行氣化，然后分離出其中的二氧化碳（燃前捕集）；
→在傳統(tǒng)的蒸汽發(fā)電廠進行二氧化碳的分離工序（燃后捕集）；
→后一種方法是蒸汽發(fā)電廠使用的全氧工藝。

傳統(tǒng)的蒸汽發(fā)電廠使用空氣助燃，而全氧燃燒概念則是使用純氧來對煤或者天然氣進行助燃。用純氧取代空氣可以避免大量氮氣參與燃燒過程，因為氮氣在空氣中的比重為四分之三，可是它對燃燒過程沒有任何幫助。如果其參與燃燒還會產(chǎn)生大量的氮氧化合物。燃燒之后的廢氣成分主要是二氧化碳和水汽。通過簡單的冷凝水過程，二氧化碳就能從中分離出來。

位于德國 Freiberg 的公司測試工廠里，西門子專家正在開發(fā)氣化煤的設(shè)備，并研究不同類型的煤在氣化過程中的不同反應(yīng)。

久經(jīng)考驗的技術(shù)。在技術(shù)開發(fā)過程中，西門子著重于前兩種方案，即燃前捕集技術(shù)和燃后捕集技術(shù)。“這三種方案的技術(shù)發(fā)展水平還有很大的差距。”西門子火力發(fā)電集團位于Freiberg的子公司西門子燃料氣化技術(shù)公司業(yè)務(wù)開發(fā)部的Christiane Schmid博士說，“現(xiàn)在只有IGCC技術(shù)已經(jīng)通過了大量檢測，在天然氣加工行業(yè)，已經(jīng)有許多從混合氣體中分離二氧化碳的實例。”早在上世紀90年代，西班牙Puertollano和荷蘭Buggenum就已經(jīng)建造了IGCC電廠，西門子為它們提供了電廠組件并負責設(shè)備的組裝。“所有這些電廠都表明了IGCC概念的可行性，”工藝專家Schmid解釋說，“但是目前二氧化碳分離技術(shù)尚未列入議事日程。”

為何世界上至今還沒有一座大規(guī)模的二氧化碳低排放發(fā)電廠？原因有很多，而且各不相同。Guido Schuld 是西門子燃料氣化技術(shù)有限公司的總經(jīng)理，他指出：“目前還沒有出臺相關(guān)的法律法規(guī)和政策，特別是在二氧化碳儲存方面。另一方面，對于客戶而言，成本還不是很明朗。因為目前還很難預(yù)測采用二氧化碳分離技術(shù)的IGCC電站的成本究竟是多少。”鑒于以上諸多的不確定性，我們似乎可以斷定，座引進二氧化碳分離技術(shù)的IGCC電站的建設(shè)可能還需幾年的時間。

Schuld指出，IGCC電廠的關(guān)鍵部件是氣化器和燃氣輪機。這兩種部件都是西門子產(chǎn)品組合的一部分，而氣化器是西門子在2006年中期才獲得的一項技術(shù)，當時西門子通過收購現(xiàn)在位于德累斯頓附近Freiberg的西門子燃料氣化技術(shù)公司獲得了這項技術(shù)。在1990年之前，該公司屬于Deutsches Brennstoffinstitut（德國燃料研究所）。Freiberg位于原先的東德，20 世紀 70 年代初，為了能夠使用褐煤，東德意志政府投資開發(fā)氣化技術(shù)。在當時，這一技術(shù)稱為“干供給系統(tǒng)”，開始是作為理想方案研發(fā)出來的。如今事實證明，該技術(shù)具有決定性的競爭優(yōu)勢。為什么？因為有了這一技術(shù)，不管什么煤種都可以進行氣化。

對煤進行氣化有不同的途徑，其中一種是把煤以松軟的液態(tài)注入氣化爐，這就表示首先要把煤和水充分混合在一起。Schuld 解釋道：“這一技術(shù)主要適用于昂貴的無煙煤和硬煤，褐煤和其它低熱值的煤根本不適合這種方式。但事實是，這些品級較低的煤在諸如中國和印度等新興工業(yè)國家的儲量很大；美國和澳大利亞的情況也是如此。那么，這些國家的客戶對西門子氣化爐技術(shù)的需求之大也就不言而喻了。”

二氧化碳捕集和存儲技術(shù)的競爭優(yōu)勢到底有多大？看看使用該技術(shù)的發(fā)電廠的使用壽命有多長就知道了。Schuld 指出：“一旦客戶決定建設(shè)一座氣化廠，他就得要計算出長達 20 - 25 年的預(yù)期運營成本?？墒?，價格固定的購煤合約有效期只有幾年。之后，煤從哪里來？是什么類型？成本又是多少？這些問題的答案無人可以預(yù)知。然而，采用我們的技術(shù)，客戶在發(fā)電廠的整個使用壽命里都能了。因為他能使用世界上多種類型的煤，根據(jù)自己的需的煤。”

現(xiàn)有的洗滌設(shè)施。在使用二氧化碳捕集與存儲技術(shù)的諸多方案中，燃前捕集非常適合新型發(fā)電廠。而第三類技術(shù)方案，即燃后捕集則可應(yīng)用于現(xiàn)有的發(fā)電廠。在這種工藝中，二氧化碳從燃燒后的廢氣中分離出來。西門子火力發(fā)電集團下的發(fā)電廠化學處理部門的經(jīng)理Rüdiger Schneider博士說：“在目前這樣一個中間階段，現(xiàn)有發(fā)電廠中用于分離二氧化碳的洗滌設(shè)備是能夠進行技術(shù)創(chuàng)新的組件。”

在一個位于法蘭克福的二氧化碳檢測實驗室中，西門子的專家們在此研究如何將二氧化碳從廢氣中分離出來。二氧化碳被吸附到一個吸收器之中，通過特殊的洗滌劑處理之后再釋放出來。

通過低溫二氧化碳洗滌過程，廢氣中 90％的二氧化碳都可以被集中在一個吸收器之內(nèi)；隨后經(jīng)過二氧化碳洗滌媒介，即一種特殊的液體的處理，二氧化碳就實現(xiàn)了碳脫離。“然后我們將裝滿二氧化碳的吸收器放進一個解吸附器當中，再次把洗滌劑注入其中，通過加溫先將其中的溫室氣體處理掉。這樣，此過程會再次開始循環(huán)，”Schneider 解釋說。

在位于法蘭克福 Hoechst 工業(yè)園中的實驗室里，Schneider 和他的項目組成員在過去三年里一直集中精力研究二氧化碳的洗滌劑，目的是找到一種既能很好地與二氧化碳結(jié)合，又能隨著溫度升高立時與之分離的洗滌劑。“多虧實驗室的先進設(shè)備，我們才能夠?qū)Χ趸枷礈爝^程的方方面面進行*地分析。”Schneider 說道，“分析結(jié)果表明，我們的新型化學二氧化碳洗滌工藝在廢氣中殘留的洗滌劑很少，與傳統(tǒng)工藝相比而言，洗滌過程所耗費的能源也更少。”

走向商業(yè)化。為了使火力發(fā)電廠在短的時間里能變得更加環(huán)保，西門子與 E.ON 電力公司并肩合作，使位于哈瑙附近的Staudinger煤電廠的一個二氧化碳分離試點裝置于2009年9月正式投入運行。Schneider 指出：“我們目前面臨的一大挑戰(zhàn)就是如何在維持率的同時，阻止微量的有害洗滌劑在廢氣中排放而對環(huán)境造成負面影響。我們的目標是進一步發(fā)展新型二氧化碳分離技術(shù)，使其能夠在 2020 年實現(xiàn)大規(guī)模的商業(yè)化應(yīng)用。”

因此，在接下來的十年之中，因為有了全氧燃燒、燃前捕集和燃后捕集技術(shù)，我們就可以放心燒煤，再也不用擔心會造成環(huán)境污染了。