美国煤制气失败 中国会成功？(3)

　　废水排放方面，大平原煤制气厂位于密苏里河流域，距离全美第三大人工湖沙卡卡威亚湖(Lake Sakakawea)仅约十英里(约合16 公里)。沙卡卡威亚湖平均储水量约294 亿立方米，大约相当于中国的鄱阳湖的满水位容量，因此大平原厂附近的水资源可以说十分丰富。大平原厂年耗水量约924 万立方米28，每分钟产生3000 加仑(约合11.36 立方米)的废水，但是完全不对厂外排放。所有产生的废水均在场内处理，部分回收，部分蒸发，部分用于灰分处理，随灰分送往灰分掩埋场进行掩埋，最后还剩下一部分无法处理的浓缩废液，则注入深井抛弃。

　　大平原建厂时原本设计的废液焚化炉因为经常发生机械故障，而且耗费大量燃料，因此于1993 年修改工艺将废液焚化炉拆除，而将蒸发浓缩的废液重新导入气化炉。

　　气化炉废水中含有酚、儿茶酚、酸和醇类等有机物质，这些有机物质会因细菌作用而使冷却水塔及许多废水挥发系统产生恶臭。厂区因散发恶臭二十多年来不断被附近居民投诉。经过大平原厂近年努力改善，并于2013 年投资7千7 百万美元加装冷却水塔污水分离系统，恶臭投诉案件才显著减少，2012年有16 起，到2013 年只剩下3 起。

　　污水零排放并不等于完全解决了水污染的问题。因为向地下深井排注废液会有污染地下水的隐患，所以大平原厂在厂区附近640 英亩(3840 亩)的范围内设置了130 多座地下水水质监测井，并聘有专职的环境水文工程师每半年对地下水水质进行检验，以确认储存于地底下的污水没有向邻近的地下水层扩散。

　　美国能源部总结大平原厂二十年运转经验的报告中指出，大平原厂的工程师一致建议未来新建的煤制天然气不要再使用跟他们一样的气化炉，因为他们用的鲁奇气化炉虽然在运转上非常稳定可靠，但是产生的废液成分复杂且难以处理。许多大平原厂的工程师建议未来新建的煤制天然气厂可以采用新开发的流化床气化炉技术，认为该技术可能可以减少废液的产生而降低污水处理的难度。

　　固体废弃物方面，大平原厂产生的废弃物种类包括：实验室溶剂废物、重金属废弃物、丙酮/ 甲苯/ 乙腈、矿物油、废碱/ 酸、废弃的1,1,1- 三氯乙烷、废弃的催化剂、实验室废弃化学品和工艺清洗残渣。大平原厂有专属的废弃物掩埋场以供气化炉灰分以及各类工艺所产生的固体废弃物掩埋之用。

　　二氧化碳排放方面，大平原煤制气厂与加拿大的泛加拿大(PanCanadian) 石油公司于1997年达成协议，泛加拿大石油公司从大平原厂购买二氧化碳为其Weyburn 油田提高原油采收率。大平原煤制气厂的二氧化碳捕获与储存(carboncapture and storage，以下简称CCS)设施于2000年10 月开始运作，所捕获的二氧化碳通过328 公里(205 英里)长的管道输送到邻近的加拿大油田，作为提高原油采收率(enhancedoil recovery，以下简称EOR)之用。

　　大平原厂将捕捉二氧化碳的成本列为商业机密。大平原厂的CCS 设施总投资金额约一亿美元， 泛加拿大公司的EOR 投资则超过十亿美元。据学者估计，大平原厂捕集与运输二氧化碳的成本大约为每吨20 美元。近年来，由于石油业者用于EOR 的二氧化碳的需求不断增加，平均购买价格约在每吨28 美元以上，当原油价格维持在每桶100 美元以上时，石油业者甚至最高有可能出到每吨40 ～ 45 美元来购买二氧化碳。据此可以判断大平原厂的CCS应该有可观的利润。

　　目前全世界对于煤炭燃烧产生的二氧化碳所做的CCS，大多仅为小规模的示范，或是仍在规划阶段，大平原厂的CCS 是全世界煤炭能源的CCS 中规模最大的，运转经验最久的。然而即使在有利可图，而且运转经验领先全世界的情况下，大平原厂的CCS 捕集率最高时大约也只有50%。

　　根据大平原厂公布的数据，大平原厂每年捕集的二氧化碳大约三百万短吨，美制的短吨(short ton) 合两千英镑或约0.907 吨，三百万短吨约合二百七十二万吨。大平原厂每年消耗产于邻近Freedom Mine 的褐煤约六百万短吨(约合544 万吨)，FreedomMine的褐煤为地表开采，平均热值每英镑约6775 英热值40。根据美国能源信息管理局的资料，北达科他州褐煤的二氧化碳排放系数为218.8

　　英镑/ 百万英热值。根据这些数据，我们可以估计大平原厂生产煤制合成天然气的二氧化碳排放量约为每年八百万吨(含下游合成气燃烧产生的排放量)。Freedom Mine 的褐煤因为是地表开采，开采过程的能源消耗低于地下开采。根据学者的估算，美国地表开采的煤炭开采过程的二氧化碳排放量约为40.65 公斤/ 短吨(约合44.82 公斤/ 吨)。依此我们可以估计供应大平原厂的褐煤在开采过程的二氧化碳排放量每年约24.4 万吨。Freedom Mine

　　到大平原厂的距离只有不到十英里(约合16 公里)，运输过程产生的二氧化碳可以忽略不计。这样我们可以估算出大平原的CCS 大约可以将煤制合成气的全生命周期二氧化碳排放量减低约三分之一。

　　无CCS 的合成天然气若是用来发电，其碳排放强度会高于燃煤发电，依照大平原厂的CCS

　　捕集率扣除捕集的二氧化碳后，其碳排放强度会略低于燃煤发电，但仍显著高于一般的天然气发电。

　　在理想状况下，CCS 可以将二氧化碳封存于地下而减缓地表的温室效应，但是长期来说，现在封存的二氧化碳也有可能会因为地壳变动或人为疏忽与破坏而泄漏出来。因此封存之后必须长期监控。从防治温室效应的时间尺度来说，即使用最低的标准，CCS 也必须要能封存几千年以上才有意义。

　　从能源转换效率的角度来看，使用煤制合成天然气发电是一种低效的能源利用方式。根据大平原厂近年实际运转资料来计算，由煤炭转换成合成天然气的能源转换效率大约60%。大型复循环燃气电厂的能源转换效率大约50%。因此由煤炭先制成合成天然气再用做燃气发电的能源转换效率大约为60% *50%＝ 30%。一般大型燃煤电厂的能源转换效率则大多可达到40%以上。同样发一度电，使用煤制天然气要比直接燃煤多消耗三分之一的煤炭资源。

　　启示：煤制气项目眼光至少要看四十年

　　新科技的发展，往往是很难预测的。然而有一个基本的方向就是，竞争越激烈的市场，厂商为了维持竞争力就必须投入更多的资源进行研发，而投入更多资源做研发的产业技术进步就更快。

　　从前富煤少气的美国，在建立了全世界最自由竞争的天然气市场之后，不但传统天然气的新发现超乎原本的预期，而且新技术的创新使得美国在煤层气、页岩气的开发都领先于全世界。现在美国因为天然气太便宜，连燃煤电厂都纷纷改烧天然气发电。

　　像煤制天然气这样的投资，眼光至少要看四十年。四十年前，美国没有人可以想象四十年后的今天，美国的天然气资源不但没有枯竭，还比四十年前更丰富。四十年前，风力与太阳光伏发电技术犹如空中楼阁，几乎没有任何市场竞争力。而四十年后的今天，风力发电俨然已经成为主流的发电技术之一，太阳光伏的成本也越来越有竞争力。

　　从过去数十年的经验来看，太阳光伏的成本大约每十年下降一半，未来十年到二十年间，太阳光伏发电的成本很可能会降到跟燃煤发电差不多甚至更便宜。如果到时候用太阳光伏发电来取暖煮食比用煤制气更便宜，那么现在建的这些煤制气厂将被迫停产关闭。如果只运转不到二十年就关闭，现在的投资将难以收回成本。

　　美国在取消天然气价格管制的初期兴建了大平原煤制天然气厂，经历了惨痛的教训。现在一窝蜂地投入煤制天然气，将对中国的长期发展带来极高的风险。政府跟投资者对于这样攸关国家社会未来发展的豪赌，必须要三思而后行，切莫跟风盲从。

　　(该文为杨启仁在绿色和平组织的煤制气论坛上准备的发言稿，文章有删节修改)

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　　(本文作者介绍：绿色和平气候与能源项目主任)

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