前沿 | 需尽快部署碳捕获、利用和储存技术

联合国欧洲经济委员会（UNECE）于2021年3月1日发布《碳捕获、利用和储存技术（CCUS）简报》，突出强调了CCUS技术在碳中和进程中的作用，吁请加快CCUS的部署。本报告的关键要点如下：“碳捕获、利用和储存技术是减缓气候变化的关键一步。CCUS是UNECE成员国实现碳中和的一条途径，并可将其排放控制在目标之内。”

作 者 | 贾凌霄 马冰

1.我们快没有时间了。结构性变革将比大多数人预期的要深刻得多，需要从现在开始赶快部署。

2.需要分享良好实践。公私伙伴关系可以加强包容性的多利益攸关方倡议。政府和工业界的支持是关键。

3.工业界致力于广泛的绿色化。私营部门应通过设计、材料效率、可持续能源技术的相互作用来领导结构变革，并需要政府的支持。

4.扩大有利条件。必须与基础设施和银行机构一起制定法律、金融和监管框架。政府的支持可以提供最初的动力，可以让行业参与进来。

5.跨境合作。为了提高大型基础设施项目的成本效率，需要采取分区域的办法来分享知识和最佳实践。

6.现在行动起来，CCUS可开启能源部门的全面脱碳。各国需要将CCUS纳入长期战略，并开始改造现有基础设施。”

    本报告由碳中和专题工作组完成，开篇即强调指出，CCUS对于充分发挥脱碳潜力和实现碳中和至关重要，并以下图作为综合性的示意图表示。

1.引言

能源对于确保生活质量至关重要，也是实现2030年可持续发展议程的基础。能源对现代社会中的作用得到公认，但各国商定的能源和气候目标与各国在现实中所做的工作之间仍然存在着重要的脱节。本简报的基本目标是：向成员国介绍CCUS技术组合；帮助决策者评估CCUS技术的好处；建设转型期经济体在CCUS方面的能力。

2.捕获用工程技术

2.1点源CCUS

1）技术要求

·地质：识别、设计和管理安全地下储存。

·工程：建造捕获各种来源二氧化碳的设备。

·基础设施规划：针对无法通过临时增量开发实现的大型转型项目。

2）封存潜力

·年度：到2050年，CCS每年100～300亿吨CO2，这受限于CO2运输和储存基础设施的发展，得益于早期和快速行业的增长。

·总量：基本上无限制。CCS储存容量潜力超过化石燃料储存容量。

3）适当的政策行动

·政府需要建立监管环境，允许大规模部署CCUS技术，并尽早建立一个新的行业部门。CCUS实现净零排放的潜力巨大。

·大规模建设二氧化碳运输和储存基础设施，以降低成本并鼓励工业界采用CCUS。这是个别企业自己无法做到的。

·一直规划到净零。CCUS不能有效地加入到一个实际上是为减少二氧化碳排放量而设计的能源和工业系统中。

·制定国际标准和协议，共享CO2储存。CO2运输和储存基础设施需要与电力、天然气和石油供应基础设施一样国际化。

2.2配备碳捕获和储存的生物质能（BECCS）和直接空气碳捕获和储存（DACCS）

1）技术要求

·BECCS需要土地管理：必须以可持续的方式为生物量提供资源，理想情况下这还可以增强土壤碳封存，并尽量减少工业肥料的使用。

·工程：建造设备，将生物质燃烧产物或空气中的二氧化碳浓缩，压缩并通过管道或船舶运输。

·地质：查明和管理安全的储存场所。

2）封存潜力

·年度：到2050年，BECCS每年封存50～200亿吨CO2，受生物量可得性限制；DACCS每年封存50～200亿吨CO2。

·总量：基本是无限，可以在世界任何地方进行地质储存。

3）适当的政策行动

·一直规划到净零。在为设计仅用于边际CO2减排的能源和土地利用系统中，BECCS/DACCS不能有效运行。

·发展技术并大规模部署，以降低成本并设定碳价格。DACCS可以代表实现净零排放所需的碳价格。

·制定国际核查和负排放交易标准。无论负排放是交易还是内部使用，对捕获的有效CO2的核证都至关重要。（注：特别是肥料用于BECCS时）。

·确保公平使用BECCS/DACCS。避免后代承受追溯性捕获CO2的成本负担。承认粮食-水-能源耦合方法，以避免为BECCS生产生物质而危及全球粮食或水安全。

3.储存技术

3.1含水层二氧化碳封存

1）技术要求

·石油和天然气行业：目前，该技术被用于每年数百万吨的规模，其运营产生的二氧化碳排放招致高成本罚款。

2）封存潜力

·估计“超过1万亿吨CO2”。注入头的作业成本较低，仅储存成本低于30美元/吨当量（不包括CO2收集、运输和加压）。

3）适当的政策行动

·认识到需要在很短时间内发展起来的行业的规模和成本——数十亿吨二氧化碳和数万亿美元。

·协调关于地下资源权利的国家和国际框架。确保法律不限制含水层的使用，并保护其他使用者免受饮用水含水层污染等不利影响。考虑发生任何泄漏时的财务和法律条件。

·发展基础设施以解决位置问题。碳源和含水层并非都位于同一地点。需要配送基础设施和DACCS。需要进行合作，以便在各国之间共用闲置的产能。

·支付成本。预计没有重要的收入流，因此必须建立一套融资机制，以支付二氧化碳的储存、收集、清理和运输成本。

·提高认识以获得公众认可。需要资金来完成地质调查，努力扩大到数亿吨/年的规模，并确保技术安全。

3.2提高石油采收率（EOR）

1）技术要求

·石油和天然气行业：将现有技术整合到石油的经济生产中。

·其他行业：处理浓缩的二氧化碳源，以便将其运输并用于提高采收率。

2）碳储存潜力

·总量：500～3,500亿吨（IEA 2015年估计值）。

·陆上具有全球最大的CO2-EOR潜力，但海上也有一些良好的可供选择的场地。根据Rystad能源公司的数据，在全球所有具有CO2储存潜力的油田中，80%以上属陆上油田。

3）适当的政策行动

·增强石油和天然气行业CO2-EOR的竞争力。降低CO2-EOR相对于其他采油方法的成本（资本支出、二氧化碳成本和法规使其他采油技术相对更昂贵）。

·鼓励石油和天然气行业使用CO2-EOR。一旦油井关闭或使用CO2-EOR销售油井中的烃类，建立基于未来CO2封存的信用体系。鼓励封存更多的CO2，而不仅仅是为了石油开采。

·鼓励从人为来源捕获CO2。鼓励工业碳源和提高石油采收率用户之间开展合作。

·增加CO2储存量（EOR+）。促进和推广有关技术研究，使CO2封存量超过EOR所需CO2量。根据提高采收率后的净碳排放量（标准化生命周期分析）对碳氢化合物源进行分类。

图3.2  提高油气采收率

4.碳储存成熟度

大规模部署碳捕获和储存技术将要求整个UNECE地区具备巨大的地质储存能力。有关储存潜力地理分布及其定量特征的信息对于了解CCUS在稳定大气CO2浓度方面的作用以及制定有效的CCUS政策非常重要。UNECE地区的国家具有相对较高的碳储存潜力。目前，已经在北美和西欧的英国、荷兰和挪威，确定了UNECE地区已知的合适沉积盆地。

5.碳利用解决方案

碳利用是利用CO2生产具有经济价值的产品。在UNECE地区的一些国家广泛运用EOR技术（提高石油/天然气的采收率）。碳利用可细分为3个主要领域（矿化、生物和化学）。值得注意的是，某些碳利用选项，如在某些化学品工艺、灭火产品等中使用CO2，并不等同于混凝土或碳酸盐等永久性固碳解决方案。为了中和二氧化碳的再释放问题并达到碳中和，需要与DACCS进行耦合。在未来氢经济中，二氧化碳中的碳可以用来制造许多目前使用化石燃料制造的化学品和塑料。

6.CCUS技术比较分析

6.1 CCUS技术成本曲线和碳捕获潜力

不同减碳技术方案的成本存在很大的不确定性。包括重新造林、植树造林和农林业在内的自然碳汇的成本最低，所封存的CO2约为50美元/吨或更低。工业部门从点源捕获CO2的技术成本因不同技术而有很大差异，这取决于CO2的浓度，其中水泥CCS和BECCS是更昂贵的碳源。DACCS技术的成本较高（超过100美元/吨二氧化碳）。DACCS成本的不确定性也最高，据报道，一些成本高达400美元/吨CO2，但这些技术有很大潜力可从工业部门以外的碳源（280亿吨和高达360亿吨二氧化碳）捕获二氧化碳。

6.2决策者如何支持私营部门应对气候变化？

政策制定者会处于推迟CCUS部署的风险中，因为在其国家行动计划中，在推广CCUS技术方面落后。有必要建立有利的政策和监管环境，使CCUS技术充分商业化。在部署、研究和创新活动之间的双向信息流需要开放获取，尤其是在大多数活动由政府资助的情况下。对于许多CCUS技术，社会成熟度落后于技术和商业成熟度。这拖延了CCUS的实施，增加了成本，并在碳预算用完时促成了甚至更严厉的措施。

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来源：中国地质图书馆