13个国际典型的碳捕集项目中,有7个表现不及预期,2个失败,1个被搁置暂停。
今年9月,美国能源经济与金融分析研究所(IEEFA)报告发布的上述调查结果,令人不禁怀疑这项最早用于提高石油采收率的技术,对于减少碳排放的效果。
这13个项目占全球碳捕集能力的55%。由于技术、经济方面的原因进展不顺。澳大利亚的高更(Gorgon)天然气项目由雪佛龙、埃克森美孚和壳牌等巨头注资,计划每年捕获并封存400万吨⼆氧化碳,在由于工程故障原因推迟3.5年启动后,实际表现比目标低50%。
与此同时,CCUS在全球迎来了新一波投资热潮,欧美等西方国家对CCUS的政策支持层出不穷。
“三桶油”、壳牌等石油巨头,以及部分电厂和化工企业也开始在中国布局CCUS项目。11月4日,中国石化与壳牌、宝钢股份、巴斯夫签署合作谅解备忘录,将在华东地区启动中国首个开放式千万吨级CCUS项目。
诺贝尔经济学奖得主威廉·诺德豪斯指出,全球变暖是对人类与自然界的主要威胁,人类正在进入气候赌场。
作为这场赌局中重要的一张牌,CCUS的定位尚不明晰。
联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)表示,如果没有CCUS,几乎所有气候模式都不能实现《巴黎协定》目标,并且遏制全球变暖的成本将成倍增加。
而悲观者则认为,CCUS只是实现碳中和的兜底保障,尚不成熟的技术和薄弱的经济性使其无法大规模推广。
技术和经济性短板
因CCUS与化石燃料关系紧密,不少气候倡导者认为CCUS只是传统能源公司“洗绿”途径,将推迟化石燃料退出的时间。
能源经济与⾦融分析研究所(IEEFA)的能源金融分析师布鲁斯·罗伯逊直言,碳捕集项目表现没有发挥出预期中的效果,依赖化石燃料领域的碳捕获来实现净零目标,根本行不通。
今年9月,美国众议院监督委员会公布的文件显示,英国石油公司(bp)和壳牌的高管私下淡化对气候危机的公共承诺。bp的内部文件强调了CCS可以“使化石燃料在能源转型及其他阶段得到充分利用”。
CCUS涉及到的技术种类繁多,可应用在电力、化工、水泥、钢铁、农业等多个行业进行降碳。捕捉后的二氧化碳则可用于油田驱油,提高石油和煤层气采收率,或作为原料转换成其他产品。
CCUS(Carbon Capture,Utilization and Storage)涵盖了CCS(碳捕捉与封存)、CCU(碳捕捉和利用),以及⼆氧化碳利用和封存同时进行的场景,全链条由捕集、运输、封存和利用构成。
碳捕集是CCUS技术发展的基础和前提,二氧化碳只有先被成功捕获,才能进一步进行封存或利用。
中国矿业大学碳中和研究院副院长、江苏省煤基温室气体减排与资源化利用重点实验室副主任刘世奇,在接受界面新闻采访时表示,CCS/CCUS项目目前存在的挑战,包括技术、经济和安全等方面。
江苏省煤基温室气体减排与资源化利用重点实验室成立于2010年,是国内成立最早的专门从事CCUS研究的省部级重点实验室之一。
刘世奇称,CCUS的关键环节亟待技术突破,目前相对成熟的技术路线也需要进一步发展。如已实现工业化应用的燃烧后捕集的醇胺溶液吸收法,存在着成本高、耗能高,以及系统庞大等问题。
美国的Petra Nova项目曾经是美国唯⼀的煤电厂碳捕集项目,每年可以捕集140万吨⼆氧化碳并运输到油田进行驱油。2020年油价暴跌,驱油环节难以获得经济效益,该项目在运营四年后关停。
美国政府问责局(GAO)在去年12月的报告中也指出,自2009年以来,美国能源部已花费11亿美元用于燃煤发电厂和工业设施的11个碳捕获项目。在8个规划的煤炭项目中,由于天然气价格下降和碳市场不稳定,导致项目经济上不可行,有7个项目未建成。
目前,多数CCUS项目净减排成本300元-700元/吨,制约技术推广。IPCC的研究报告认为,只有当捕集和封存二氧化碳的总成本降到25美元-30美元/吨时,CCUS才可能大规模推广。
霍尼韦尔特性材料和技术集团副总裁兼亚太区总经理刘茂树也对界面新闻表示,当前CCUS技术最大的挑战之一在于经济性。
安全性也是CCUS技术的重要部分。刘世奇提及,二氧化碳属于酸性氧化物,对注入和监测技术要求高,封存项目需要在前期进行系统的研究,以确保选址本身地质条件不存在安全隐患,以及注入二氧化碳后不诱发其他地质灾害。
刘茂树同时提及CCUS存在的源汇匹配问题。
他对界面新闻称,中国南方地区更需要推进CCUS技术应用,但由于地质限制不适合做大规模碳封存。中国西北等地适合做碳封存,但CCUS项目布局较少。
刘世奇也表示,苏北-南黄海盆地等东部盆地适合进行二氧化碳封存,但东部人口和建筑物密集,实施陆上碳封存的难度较大。
壳牌中国计划探索将长江沿线等工业企业的碳源通过槽船集中运输至二氧化碳接收站,再输送至陆上或海上封存点的可行性。
中国定位
今年以来,国内CCUS项目开始加速起步,且规模不断扩大。
8月,中国首个百万吨级碳捕集利用与封存(CCUS)项目开始正式投产运行,标志着中国CCUS产业进入商业化运营。
壳牌也于今年宣布参与中国两个千万吨级的项目,并与榆林经济技术开发区签署了CCUS联合研究协议。
“中国需要面对过去建成的,尚有多年经济寿命的煤电设施和重工业设施。利用CCUS技术提供减排方式,则不必提前弃用这些资产。”壳牌中国称。
今年9月起,霍尼韦尔也首次在中国布局碳捕集技术,并考虑在中国钢铁、水泥和电力领域尝试应用该技术。
中国的能源资源禀赋,以及长期依赖煤电的能源结构,决定了实现碳中和的难度。学界认为有两条可行的碳中和路径:CCUS+化石能源,新能源+储能。
中国生态环境部环境规划院牵头编写的《中国⼆氧化碳捕集、利用与封存 (CCUS)年度报告(2021)》表示,CCUS是目前实现化石能源低碳化利用的唯⼀技术选择,是碳中和目标下保持电力系统灵活性的主要技术手段,也是钢铁水泥等难以减排行业深度脱碳的可行技术方案。
厦门大学中国能源政策研究院院长林伯强曾表示,碳捕获技术决定了煤电最终存活多少。
2021年,煤炭消费占一次能源消费的比重为56%;煤电仍为中国贡献了近六成的发电量。
林伯强认为,中国煤电多,应该把CCUS当成中国问题来处理,需要以发展风电光伏那样的决心,来支持CCUS。
科技部等部门编写的《第四次气候变化国家评估报告》特别报告《中国碳捕集利用与封存技术评估报告》(下称《评估报告》)一书中提及,除了提高能源利用效率外,可再生能源和CCUS技术是减少排放的最有效手段,特别是对于电力行业,两者在一定程度上成为互相竞争的减排技术。
林伯强表示,对风光储和煤电加碳捕集两条路径的成本比较研究表明,由于储能成本仍较高,当风电光伏占比增到35%-50%之间,风光储和煤电加碳捕集两者之间的成本相当;当风光占比超过50%,煤电加CCS的成本会更低。
但中国社会科学院学部委员、国家气候变化委员会副主任委员潘家华多次公开表示,由于CCUS技术成本居高不下,且碳封存能够实现的规模十分有限,CCUS的作用有限。
9月,潘家华在接受《中国电力企业管理》杂志采访时表示,CCUS以及森林碳汇等减排技术可以作为应急和备用手段,成为碳中和“最后一公里”的解决方案,减少实现中和目标的不确定性,但绝不能作为减排的主要方式对于其寄予厚望。
“以新能源+储能取代化石能源,才是迈向碳中和的主要的、唯一的解决方案。”潘家华说。
对于CCUS的经济性问题,林伯强进行了辩护。他此前撰文指出,CCUS的经济性评估陷入了成本误区,因为直接将目前的煤电成本加上了CCUS成本,此外“CCUS配合煤电”与“可再生能源加储能”除了经济性的比较,还需要综合考虑中国国情。
刘茂树对界面新闻表示,鉴于CCUS技术当前较高的成本,将其纳入清洁能源技术范畴统筹考虑,并率先运用在清洁能源等相关领域,是实现CCUS技术落地的方式之一。 例如将制氢技术与CCUS技术有机结合,在扩大氢能产能的同时,可促进CCUS技术的推广和应用。
中国政府尚未出台具体的激励政策,但已明确了需要发展CCUS的方向。
2021年3月,国务院发布“十四五”规划和2035年远景目标纲要,明确提出要开展CCUS重大项目示范。当年10月,中共中央、国务院《关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》,首次将CCUS列为实现“双碳”目标的重要技术手段。
2022年8⽉,科技部、发改委等九部门印发的《科技⽀撑碳达峰碳中和实施方案(2022—2030 年)》强调,要聚焦CCUS技术的全生命周期能效提升和成本降低,力争到2025年实现单位⼆氧化碳捕集能耗比2020年下降20%,到2030年下降30%。
未来发展动力
国家政策支持、碳市场发展、集群化部署与技术突破,将是未来CCUS扩大规模的有利条件。
根据IEA在今年9月发布的CCUS跟踪报告,目前全球约有35个商业化⼆氧化碳捕集设施正在运行,年捕集量接近4500万吨,大部分设施分布在美国。
美国联邦政府的45Q税收抵免和加州政府的低碳燃料标准等政策,为美国CCUS项目的扩张提供了财政支持。今年8月,美国国会通过的《通胀削减法案》大幅提高了45Q法案中CCUS税收抵免的额度。
除美国外,欧洲、加拿大、澳大利亚等地政府均加大了对CCUS的政策支持力度。英国为CCUS集群建设提供了10亿英镑资金,计划在2030年实现年封存2000万-3000万吨二氧化碳;丹麦政府将通过三个政府计划,为CCS项目投资50亿欧元。
壳牌中国表示,长期、恰当的政策支持,对CCS开发企业至关重要。需要的政策支持包括制定碳价,以及建立相应框架以刺激低碳产品需求。此外,政策还可为那些因不具备合适地质条件而需要跨国封存二氧化碳的国家提供帮助。
规模效应和技术突破,也将带来显著的成本下降。
壳牌中国认为,在中国加快发展CCUS的进程中,产业集群将发挥重要作用。规模扩展将是未来大型项目与以前试点及小型独立项目之间的一项关键区别。在此背景下,通过排放源集群和基础设施共享,可带来规模效益。
CCUS技术的迭代,是降本的主要通道。
《中国⼆氧化碳捕集利⽤与封存(CCUS)年度报告(2021)》数据显示,随着技术继续发展,预计至2030年,二氧化碳捕集成本为90元-390元/吨,2060年为20元-130元/吨;2030年二氧化碳封存成本为40元-50元/吨,2060年封存成本为20元-25元/吨。
“从技术发展角度看,现在不能解决的问题,不见得今后不能解决。”刘世奇说,还有很多其他技术方向,如BECCS和DACCS,如果此类技术能够快速进步并实现规模化应用,不仅能降低碳排放,还将能直接降低空气中二氧化碳浓度。
当然,押注技术进步具有很高的风险。
即使是当前成本低廉的光伏发电,也经历了几十年才实现了突破性进展,将发电效率与成本优化至与煤炭等化石燃料相抗衡的程度。
威廉·诺德豪斯在《气候赌场》中提及,技术史的研究说明了预测技术进步的危险——与预测股票市场一样困难,但技术史同时充满了惊喜。