|他山之石｜全球碳捕获与封存设施的进展（下）
黄建元 等
三、CCS的行业对策
据IPCC估算，在本世纪下半叶，每年必须从大气中移除50亿吨～100亿吨二氧化碳，才能抵消难以消减的残余排放。CCS开发中的项目能力从2020年底的7500万吨/年上升到2021年9月的1.11亿吨/年。全球政府间气候变化专门委员会（IPCC）对气候变暖带来的影响进行了权威预测，为实现1.5度温控成果，提出了本世纪改变全球人为碳排放的多条路径，并且所有路径都要求在2060年之前迅速实现净零排放。
若全球变暖控制在2℃以内至2050年，需要将CCS装机容量从4000万吨/年增加到5.6亿吨/年以上；即到2050年，约需6550亿～12800亿美元的资本投资。推动CCS基础设施发展，支持净零碳的经济，应该是各地政府的产业导向，包括公路、铁路、电信、发配电、外空开发以及最新可再生能源行业。随着这些产业逐渐成熟并投入商业运作，政府同样可以支持建立二氧化碳运输和封存网络，为区域工业的CCS枢纽等服务。
1．二氧化碳跨境运输及封存
CCS网络需要对二氧化碳进行地质封存，识别封存资源并确定其特征需要数千万甚至数亿美元的投资。与矿藏和油气藏的勘探不同，耗资数千万美元来勘探封存空间，很难进行预测其风险与否。像CCS设施或管道网络这样的大型基础设施项目，从概念研究到可行性，再到设计、施工和运行，通常需要7年～10年时间。从现在起到2030年，用政策和资金为CCS设施和其他净零排放资产、特别是配套基础设施创造有利的投资环境，也应是各国政府相关部门的优先考虑事项。
封存潜力有限的国家正在研究将二氧化碳运输到其他国家进行封存，如何消除二氧化碳跨境运输与封存的法律障碍，遵守《伦敦公约》这一管理海洋环境垃圾倾倒的国际海洋协议以及相关的国内法律法规，引起各方的持续关注与思考。拟议的Bayu-Undan项目就是该地区的一个跨境项目，要把二氧化碳从澳大利亚运往东帝汶封存。
另外，埃克森美孚、新加坡国立大学和全球碳捕集与封存研究院完成了一项区域封存潜力评估，该评估表明在东南亚一带具有很大可能性，并确定了几个封存潜力高的地点，如南苏门答腊具有建设低成本封存枢纽的优势。
2．推进排放密集型行业脱碳
除了探索替代化石燃料并提高能效的方案外，水泥行业的另一条CCS路径是将生料与燃烧气体隔离，来分离煅烧二氧化碳。这种做法已经在比利时的LEILAC 2示范项目中应用，该项目采用了Calix的新型煅烧技术；作为煅烧过程的产物，高纯度工艺二氧化碳被捕集后，直接压缩再运输。另外，燃烧后捕集技术可以捕集混合燃烧的二氧化碳并加以处理。海德堡水泥公司在挪威的Norcem Brevik工厂正在开发这种技术方案，这是一个年产40万吨的捕集设施目前正在建设中；阿克尔碳捕集公司为该项目设计、采购、施工承包商和技术供应商。海德堡水泥公司最近宣布了一个更大的碳中和项目，捕集能力达180万吨/年，项目位于瑞典的Slite水泥厂；这个项目具有重要意义，不仅因为其规模，而且因为该项目准备打造世界上第一座碳中和的水泥制造工厂。
全球钢铁行业目前只有一个正在运行的CCS阿联酋钢铁工业公司的阿布扎比工厂和一个处于开发阶段的Tatta钢铁公司在荷兰的Everest项目，铝冶炼业由于历来使用的都是电网电力，对排放产生了很大负面影响。有许多制铝企业也有开始使用可再生电力，特别是水电，目的是减少其二氧化碳的排放。
3．大力发展负排放产业
为实现全球净零目标，很大一部分气候缓解项目都是关于现有排放点源的减排。然而，有一些排放物还是会被释放到大气中，即使排放量比现在小很多。为了实现真正的净零排放，负排放技术对于平衡剩余的排放是至关重要的。此外，净零目标达到后，理论上还需要负排放技术在长期内进一步减少大气面源中的二氧化碳，以减少气候变暖给全球生态环境带来的不可逆负面重大影响。
不同于大多数减少点源排放的二氧化碳减排技术，负排放技术（NETs）从大气面源中提取二氧化碳并将其安全地封存起来。目前有两大类负排放技术：基于光合作用的负排放技术（结合CCS的生物质能源--BECCS）和直接从大气中去除二氧化碳的负排放技术（直接空气二氧化碳捕集与封存--DACCS）。
与以森林为主体的二氧化碳移除项目不同，BECCS和DACCS可以为封存的二氧化碳提供长期安全保障，不受天气、火灾、虫害和疾病的影响。DACCS具有可规模化的特点，不受可用耕地的限制。BECCS项目则可利用光合作用捕集二氧化碳并将其封存在生物质中，这种生物质被用于制造生物燃料或直接燃烧产生能源，产生的二氧化碳被捕集并封存在地下。
生物乙醇是部署BECCS的一个低成本的绝佳机会，发酵产生的高纯度二氧化碳在封存之前只需要脱水和压缩。由于这些二氧化碳本身来自大气，捕集和封存会导致负排放。美国Summit Carbon Solutions生物乙醇二氧化碳网络项目将从31个单独的生物乙醇工厂运输二氧化碳，提供经济的共享运输和封存。该网络的容量接近800万吨/年，是世界上最大的单一BECCS网络。
物质发电是BECCS的另一个机会。位于英格兰的Drax发电站，原来是煤电站，已被改造为使用加工生物质燃料的电站；在2021年6月，Drax与三菱重工达成协议，使用三菱的KS-21捕集技术，这将是世界上最大的生物质能捕集厂，其捕集能力为430万吨/年。DAC技术公司Carbon Engineering与Oxy Low CarbonVentures合作，也正在美国德克萨斯州的二叠纪盆地开发一个年产100万吨的项目。凭借DAC的灵活定位优势，该项目毗邻现有的二氧化碳运输和封存基础设施。
还有垃圾发电（WtE）是另一个实现负排放的好机会。垃圾发电厂通常燃烧经过分拣的城市固体废物。由于燃料通常含有50%以上的生物质（如食物残渣和绿色垃圾），如果一个捕集工厂的捕集量超过非生物质部分的二氧化碳，那么也会产生负排放。Fortum Oslo Varme CCS是一个处于后期阶段的项目，是位于挪威克雷梅茨鲁德的垃圾发电厂；该项目计划每年捕集40万吨二氧化碳，将大大降低奥斯陆市的排放量，并将封存放在挪威西部北海的北极光项目（Langskip网络的一部分）中进行。
瑞士公司Climeworks与地质封存公司Carbfix合作，正在冰岛建造商业规模的Orca DACCS项目。冰岛低成本的可再生能源为捕集提供动力。与其他地方相比，Carbfix使用的封存方法成本也很低，现有地热发电厂流出的水将二氧化碳溶解，然后注入地下玄武岩层，矿物碳化再把二氧化碳转化为固体并永久封存。
另外，直接空气捕集项目尚处于早期开发阶段。该技术主要从大气中直接移除二氧化碳，而不需要光合作用；但是大气中的二氧化碳非常稀薄，比工业二氧化碳更难捕集。每捕集一吨就必须处理相对较大的空气量以及更大的捕集设备，因此项目的成本比相同捕集能力的工业CCS要高。从气体分离的热力学角度来看，二氧化碳越稀薄，捕集的能耗就越大。
清洁氢气为工业、固定能源和运输业提供了一个可靠的替代方案。截至2021年9月30日，统计表明新增了18个生产蓝氢（每年可超过200万吨）的项目，这些项目可用来生产合成氨、化肥和电力。当然，即便规模有所增加，还是必须加快清洁能源氢气的生产能力；在未来30年，需要更多的氢能设施，才能满足实现净零排放的膨大目标。
浙江能源集团技术研究院 黄建元
日本立命馆大学政策研究科 张 冲
上海师范大学生物科学EIC 黄意程
《长三角观察》网络版
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