碳捕获能否让世界摆脱 CO₂？

我们能否将全球变暖幅度限制在 1.5 度？ 就二氧化碳 (CO₂) 排放而言，人类是罪魁祸首。令人震惊的是，在过去 300 年排放的 CO₂ 中，有一半以上是 1980 年以来增加的^[1]。幸运的是，我们越来越擅长清除二氧化碳。这还不错，因为只靠减排，需要数十年才能实现脱碳。

碳捕获和存储是权宜之计吗？

什么是碳捕获和存储？

碳捕获和存储 (CCS) 指捕获工业过程和发电所排放的 CO₂，然后将 CO₂压缩、运输并储存在地下岩层中。碳捕获、利用和存储 (CCUS) 将 CO₂ 转化为商用产品。

根据国际能源署 (IEA) 的报告，“只有碳捕获、利用和存储 (CCUS) 这组技术能直接减少关键行业的排放量，又可以清除 CO₂ 来平衡难以避免的排放量，这是实现净零碳排放的关键部分。”

 碳捕获是一项成熟的技术，已经推行了近 50 年，

但远未得到充分利用。

根据全球 CCS 研究所 2019 年报告，全球仅有 51 家 CCS 工厂，其中只有 19 家在运营。大部分工厂在美国和加拿大，其余的在欧洲和亚洲。仅有两家发电厂配备 CCUS，这两家都在北美。 

CO₂ 的商业用途

大多数 CCUS 项目向石油公司出售 CO₂，以提高石油采收率 (EOR)。CO₂ 还可用于生产合成燃料、化学品、建筑材料、药品、水处理，当然还有碳酸饮料。新兴或增长市场可能包括将 CO₂ 用作原料或在某些工艺（包括发电）中用作给料、转化为聚合物或碳酸盐、混凝土养护和矿物碳化。

关注最大的排放者

正如安利捷副主席兼副总裁 Fady Jameel 在关于碳减排的 Spotlight 文章中所述，碳捕获对于实现净零碳排放至关重要，按当前商品价格计算，这也是实现该目标最廉价的方式之一。IEA 认为 CCUS 是全球能源转型的四大支柱之一，与可再生能源、生物能源和氢能并称。^[2]

碳捕获的四个主要用途有：

1. 重工业脱碳：

重工业排放量占全球 CO₂排放量^[3]的 20% 以上，关于工业脱碳的 Perspectives 文章深入探讨了这一主题。不幸的是，在制造钢材、化学品和水泥等产品时要减少碳排放，往往技术难度较大或成本过高。这些工艺依靠高温，在这方面，可再生电力尚且无法与化石燃料抗衡。^[4]要取而代之，碳捕获必不可少。CCUS 也是处理天然气的唯一解决方案，天然气含有大量 CO₂，使用前必须去除。

2. 改造现有设施：

如不进行改造，目前的电站和工业工厂在其剩余生命周期内会产生相当于近二十年 CO₂ (600 GtCO₂) 的排放量。尤其是煤电站，2019 年占全球 CO₂ 排放量的近三分之一，2050 年仍占多达 60%。^[5]钢厂也好不了多少。CCUS 是这些工厂维持当前产量、保护当地经济，同时大幅减排的唯一途径。

3. 打造低碳氢燃料：

CCUS 为生产氢气提供了经济高效的方法。氢气是一种清洁的气体燃料，可以在电力、交通、工业和建筑环境领域取代化石燃料。氢气的能量密度使其成为航空化石燃料的可行替代品。（唯一的其他选择是可持续生物质，但供应量并不很大。）

4. 从空气中抽取碳：

从某些工艺中捕获碳很难。幸运的是，可以从空气中提取 CO₂，将其封存在可持续生物质中，或是直接空气捕获并存储。对于希望抵消历史排放量的企业来说，这些方案越来越受青睐。加拿大最大的公司 Shopify 最近宣布将捕获 10,000 公吨 CO₂^[6]。

更便宜，但还不够廉价？

正如 IEA 所强调的，如果不进行碳捕获，减排成本就会高昂，令人望而却步。一份关于碳捕获成本的报告指出：

“限制 CCUS 的可用性将大大提高能源转型的成本和复杂性，人们会更加依赖目前更昂贵的以及早期开发阶段的技术。其中一个例子是水泥生产和初炼钢用的高温加热炉的电气化。[7]”

不过，CCUS 并不便宜。升级或改造设施以及建立运输和存储基础设施都需要进行大量的前期投资。超大规模的设施会形成最好的规模经济，但投产费用更高昂，很难获得融资和在项目之间分担商业风险（对钢材等价格低廉的商品而言，任何侵蚀利润的事情都是问题）。

碳捕获通常被视为使化石燃料合法化，再加上风能和太阳能发电价格的大幅下降，会使该技术对工业和公众的吸引力下降。然后，要克服“鸡生蛋还是蛋生鸡”的情况：除非有地方存储 CO₂，否则没办法捕获。如果没有 CO₂ 供应，就谈不上投资存储。更糟糕的是，新冠疫情和经济下行影响了投资，提高石油采收率对 CO₂ 的需求减少，而这是 CCUS 目前最大的收入来源。

由于需要快速实现减排目标，所有这些挑战变得更加复杂。那么，大规模扩大碳捕获是否可行？

政府伸出援手

有些难题不能单单靠市场来克服。CCUS 从未超过全球清洁能源和能效技术投资的 0.5%^[8]。政府紧急行动对支持碳捕获市场和大幅增加设施数量至关重要。目前还没有放之四海而皆准的解决方案，但政府可以采取一系列措施支持创新并扩大碳捕获业务规模，包括拨款、税收抵免、碳定价、补贴、监管，以及从 CCUS 工厂采购低碳产品。

我们看到了进展。特别是，越来越多的国家/地区采纳净零碳排放目标，这有助于促进碳捕获。截至 2020 年 8 月，14 个国家/地区及欧盟已经采纳或提出零排放目标，另外 100 个国家/地区正准备跟进^[9]。各种激励政策也让碳捕捉在经济上更加可行。美国扩大了 45Q 税收抵免（2018 年推出），这些诱人的激励政策力求促进 CO₂ 存储或在 EOR 中加以利用^[10]。2020 年起，欧盟创新基金将提供数十亿欧元来支持 CCUS ^[11]和其他清洁能源项目。

据 IEA 统计，尽管新冠肺炎疫情肆虐，2020 年，政府和业界仍向 CCUS 投入了超过 45 亿美元。^[12]自 2017 年以来，已经公布 CCUS 设施有 30 座，价值约 270 亿美元。大部分位于美国和欧洲，其他设施位于澳大利亚、中国、韩国、中东和新西兰。根据 IEA 的数据，如果所有这些项目都继续开展，全球 CO₂ 捕获能力将增加三倍以上，达到每年约 1.3 亿公吨^[13]。

创新和投资

除了政府支持外，私人投资和研发正助力将碳捕获打造成更具商业吸引力的主张：

成本下降：只有两家商业煤电站具备碳捕获能力，但两者之间的差异凸显了创新在节约成本方面的潜力。休斯顿 Petra Nova 电站于 2017 年投产，其碳捕获成本比 2014 年开始运营的加拿大边界大坝设施低 30%。然而，每吨 65 美元的价格目前还是相对较高。根据国际 CCS 知识中心的数据，如今改造一座火电厂的费用约为 45 美元/吨。改造的越多，费用可能就会越高。中国、韩国和美国计划改造多达 10 家火电厂。

更多的投资和激励措施： 据 IEA 称，“过去十年，面向使用 CO₂ 的初创企业，全球私人资助资金达到近 10 亿美元。” NRG COSIA Carbon XPrize 等竞赛激励着各种创新型 CO₂ 转换技术和利用 CO₂ 的应用。

对直接空气捕捉技术 (DAC) 的更多研究： 目前有几个小规模的 DAC 设施正在运营，还有更多的设施正在建设中。主要开发商已经筹集了约 1.8 亿美元的私人资本和超过 1.7 亿美元的公共资金，用来研发 DAC 技术。瑞士公司 Climeworks 目前正在扩建冰岛的直接空气捕获技术 (DACCS) 工厂，作为 CarbFix2 项目的一部分，该厂每年将捕获数千吨 CO₂^[14]。

在德克萨斯州，Carbon Engineering 与 Occidential Petroleum 合作建设了一座 CCUS 工厂，该厂每年可捕获约 100 万吨 CO₂，^[15]用于提高石油采收率。

规模日益壮大，前景更加光明

为了让碳捕获具有商业意义并迅速发展，需要大量共享基础设施。目前，在澳大利亚、欧洲和美国大约有 12 个这样的“CCUS 枢纽”正在开发，其中许多都与低氢生产有关。

CCUS 枢纽在整个 CCUS 链中分担捕获、运输和存储成本，从而降低商业和金融风险。这些枢纽的建设经过深思熟虑，初期成本高昂，但长远来看，其实很便宜。有了这些枢纽，在没有专门的运输和存储运营的小地方捕获 CO₂ 就更加可行。它们还可以保护作业、现有基础设施和供应链。

下列三个主要项目展现了大规模碳捕获的潜在价值：

挪威 Northern Lights 项目是壳牌、道达尔与 Equinor 之间的合资项目。该项目将捕获多个站点的工业 CO₂，运至挪威海岸的陆上终端，再通过管道输送至北海地下的海上存储区^[16]。Northern Lights 是“Longship”计划的一部分，挪威政府已斥资 168 亿克朗（18 亿美元）^[17]。

英国 Zero Carbon Humber 项目使用的是一种被称为“Endurance”的咸水含水层，比北海海底低 1.6 公里，能够存储大量 CO₂^[18]。这项提案由公共和私营部门资助，包括英国国家电网、Drax 和 Equinor，价值约 7,500 万英镑，将加速英国碳密集型工业区 Humber Estauary 的脱碳进程。英国国家电网称，如果英国将碳捕获与更多可再生能源相结合，到 2033 年英国发电领域可能会变为负碳。

“在保护和增加就业以及让英国最大的工业中心脱碳方面，Humber 地区的潜力无可比拟。发挥这一潜力的关键在于提供运输和存储基础设施，激励工业排放体采用碳捕获技术，”National Grid Ventures 总经理 Jon Butterworth 说到。

加拿大的 Alberta Carbon Trunk Line (ACTL) 是世界上容量最大的 CO₂ 管道。ACTL 每年可运输多达 1,460 万吨 CO₂，“约占目前所有油砂二氧化碳排放量的 20%，相当于捕获阿尔伯塔省 300 多万辆汽车 CO₂ 排放物带来的影响。” 240 公里管线中有近 90% 的容量是针对未来的 CO₂ 来源设计的^[19]。

碳捕获至关重要，但我们要立即行动起来

单靠碳捕获并不能解决全球变暖问题。全球要共同努力，通过各种措施大幅减少温室气体排放，例如拓展可再生能源、工业和能源脱碳、引入新的移动出行系统、重新思考食品安全、强化水系统和重新设计城市。然而，很难想象，如果不广泛运用 CCU 并加以改造，如何实现零碳目标，尤其是难以减少的排放量。

这项技术在很大程度上已经存在，它需要工商界、政府和社区最高水平的协作、协调和伙伴关系，推动长期转型。

安利捷致力于克服未来挑战，尤其是通过我们的旗舰可再生能源企业 Fotowatio Renewable Ventures (FRV) 在太阳能和风能领域开展的开创性项目，以及通过 Almar Water Solutions 快速开展解决水资源供应的工作。我们还与清洁、可再生和环境机会联合组织的其他全球领先私营企业合作，帮助推动企业和政府投资于应对气候变化的解决方案。

碳捕获可能并非长久之计。但它可以是工业脱碳的权宜之计，促进《巴黎协定》的全球变暖目标得以实现。如果在政府各项激励措施和私人投资的推动下，碳捕获在未来十年形成规模的话，这项技术将对绿色能源转型具有至关重要的作用。

[1] https://climate.nasa.gov/news/2915/the-atmosphere-getting-a-handle-on-carbon-dioxide/

[2] https://www.iea.org/reports/energy-technology-perspectives-2020

[3] https://www.epa.gov/ghgemissions/sources-greenhouse-gas-emissions

[4] How industry can move toward a low-carbon future, 麦肯锡，2018 年 7 月

[5] https://www.iea.org/reports/ccus-in-clean-energy-transitions/a-new-era-for-ccus#growing-ccus-momentum

[6] https://www.scientificamerican.com/article/direct-air-capture-of-CO₂-is-suddenly-a-carbon-offset-option/

[7] The Role of CO2 Storage – Analysis – IEA

[8] https://www.iea.org/reports/ccus-in-clean-energy-transitions/a-new-era-for-ccus

[9] https://news.un.org/en/story/2020/12/1078612

[10] https://www.globalccsinstitute.com/wp-content/uploads/2020/04/45Q_Brief_in_template_LLB.pdf

[11] https://ec.europa.eu/clima/policies/innovation-fund_en

[12] https://www.iea.org/commentaries/is-carbon-capture-too-expensive

[13] https://www.iea.org/fuels-and-technologies/carbon-capture-utilisation-and-storage

[14] https://www.carbfix.com/

[15] https://www.american.edu/sis/centers/carbon-removal/fact-sheet-direct-air-capture.cfm

[16] https://www.equinor.com/en/what-we-do/northern-lights.html

[17] https://www.nsenergybusiness.com/news/norwegian-longship-project/

[18] https://www.zerocarbonhumber.co.uk/

[19] https://actl.ca/