為了解決新能源的Bug,大佬們正砸錢搞碳捕集。

這幾年,地球人已經認識到了氣候變化是一個嚴峻挑戰。

因此,實現「碳中和」成為各國共同關心的話題。

提起碳中和,不少人想到的是電動汽車、清潔能源、碳管理什麼的。

相比之下,知道碳捕集與封存技術(簡稱CCS)的人就少得多,簡直就是減碳大業中的阿卡林。

我國公眾對CCS技術的接受度,資料來源:YANG, et al▼

我國公眾對CCS技術的接受度,資料來源:YANG, et al

雖然沒什麼名氣,但不妨礙 CCS 項目在世界各地蓬勃發展。

有調查報告顯示,剛剛過去的 2022 年,CCS 項目的數量增長創下了新高:有 153 個 CCS 項目正在開發,比 2021 年足足多了 62 個。

全球碳捕集與封存設施大體分佈▼

全球碳捕集與封存設施大體分佈

在CCS項目熱潮中,不乏科技大佬和科技企業的身影。

比如全球網紅馬斯克贊助了 XPRIZE 碳捕集大賽,貝佐斯、比爾·蓋茲等知名科技大佬正在重金投資 CCS 項目,Google、 Meta、Shopify等公司也合作設立了碳捕捉基金項目,金額總計超過 12 億美元。

馬斯克在除碳大賽上呼籲構建十億噸級碳去除方案,來源:XPRIZE官網截圖▼

馬斯克在除碳大賽上呼籲構建十億噸級碳去除方案,來源:XPRIZE官網截圖

為何在大眾視野裡,近乎 「 透明人 」 的CCS,受到了資本的熱捧?

也許,這要從 CCS 被寄予的期望說起。

目前來看,要想實現二氧化碳的「零排放」,最有效的辦法,就是用太陽能、風能這樣的清潔能源去替代化石能源。

然而,在能源領域有一個「 不可能三角 」,說的是能源的低成本、清潔環保、安全穩定無法同時實現。

比如說,我們用風電和光電取代煤電,做到了清潔環保。

但以目前的技術看,我們無法做到在成本低廉的前提下,實現風電、光電的安全穩定傳輸。

不僅我們國家做不到,發達國家也沒做到。

比如,美國德州在 2021 年 2 月就出現了大規模停電,原因是德州選擇了新能源發電,大幅削減了火電的比例。

結果 2 月份出現了寒潮天氣,風電機組直接被凍住了。

偏偏,儲能技術很落後,根本跟不上,電網又沒有和其他州的電網打通,於是就出現了這樣的電力安全事故。

德州電網獨立於東、西電網之外▼

德州電網獨立於東、西電網之外

那在現有技術條件下,如果我們既要清潔環保,又要安全穩定,怎麼辦?

只能接受更高的發電成本。

可是,對我國這樣的發展中國家來說,工業化和現代化還要繼續,對能源的需求只增不減,而且這種需求可能會超出我們的預期。

像 2009 年,咱們國家有部門預測,到 2020 年,我國一次能源消費將達到 44 億噸標準煤,但實際上 2020 年我國一次能源消費達到了 50 億噸標準煤。

所以,我們沒法無視能源的成本。

再加上,咱們國家在能源上非常依賴煤炭,這就讓我們要為減碳承受更大的壓力和成本。

中國能源消費結構,資料來源:《能源發展「十三五」規劃》▼

中國能源消費結構,資料來源:能源發展「十三五」規劃

為什麼會這樣?

因為煤的碳排放量是所有化石能源裡最高的。

咱們國家單位能源的碳排放強度是世界平均水平的 1.3 倍,歐洲國家的 2.1 倍,就是因為我們在燒煤,人家在燒氣。

這意味著,減少同樣多的碳排放,我們的壓力和付出都會更大。

別的不說,就說要花的錢吧。

清華大學、中國綠金委等權威機構,分別對我國實現碳中和所需要的資金做過計算,結論基本一致:

我們總共需要 140 萬億左右的投資,用於發展無碳技術、舊設備減碳升級,以及新技術的產能擴張。

140 萬億可不是小數,相當於我國金融業總資產的 40%。

因此,哪怕只是為了給碳中和提供足夠的資金支持,我們也需要經濟平穩發展。

而經濟要想平穩發展,低成本、安全穩定的能源就必不可少。

換句話說,未來相當長的時間裡,咱們國家還離不開化石能源。

反過來再看發達國家,他們早就完成了工業化,目前碳排放已經逐年下降,也就是已經實現了「碳達峰」。

比如,歐盟已於 1979 年碳達峰,英國於 1991 年碳達峰,美國於 2005 年碳達峰,日本於 2013 年碳達峰。

再加上,他們主要是以新能源替代氣,而不像我們是以新能源替代煤,減碳壓力比我們小很多。

美國能源消費結構,資料來源:國家能源局▼

美國能源消費結構,資料來源:國家能源局

因而,我們更需要一套方案,兼顧減碳與能源穩定。

CCS 便提供了一種可能路徑。

CCS 可以將二氧化碳從排放源或空氣中捕集分離,然後輸送到適宜的場地加以封存,如此就有望大幅降低化石能源帶來的碳排放,從而做到兩者兼顧。

真有這麼神奇嗎?是怎麼做到的呢?

其實並沒有那麼複雜。

不妨以我國運行最久的上海石洞口第二電廠碳捕集裝置為例。

上海石洞口第二電廠碳捕集裝置▼

上海石洞口第二電廠碳捕集裝置

這種裝置,基於二氧化碳是一種酸性氣體,利用鹼性吸收劑與煙氣中的二氧化碳發生化學反應,形成不穩定的鹽。

然後,讓鹽在加熱或減壓的條件下逆向分解,釋放二氧化碳,從而將二氧化碳從煙氣中分離。

從理論上說,這種捕集技術適用於任何一種火力發電廠,且只需要在現有的火電設施上進行改裝即可。

因此,CCS 還有望降低讓現有火電廠等提前退役而帶來的成本。

要知道,我國是世界上最大的煤電、鋼鐵、水泥生產國,生產這些東西當然會產生很多碳排放,但這些生產設備的運行年限並不長。

這些設備的使用壽命一般為 40 年以上,若不採取減排措施,只能提前讓其退役,由此就要擱置一大筆資產。

據估算,我國這些煤電基礎設施的擱淺資產規模高達 3.08~7.2 萬億元,比 2021 年全國用在環保節能上的支出( 2.5 萬億)還要高。

而運用CCS技術進行改造,就能讓這些設施繼續發揮作用。

進一步說,如果在 CCS 基礎上,把捕集的二氧化碳進行循環再利用,還能產生經濟效益,這就是 CCS 的 2.0 版本——二氧化碳捕集利用與封存(CCUS)。

比如,建築行業就可利用捕集到的二氧化碳,將其用在建築材料上形成碳酸鹽塗層,以及用作混凝土原料。

這樣,在降低碳排放的同時,還減少了混凝土所需的水泥量,實現環境保護與經濟的雙贏。

這也是近幾年來,我國在政策上對 CCUS 進行扶持的原因。

有人可能會有疑惑了,既然碳捕集這麼有前景,為何存在感這麼低呢?

這有兩方面原因。

一方面,目前 CCUS 主要用在石油化工等遠離大眾視野的領域。

就拿我國來說,目前,我國的 CCUS 技術主要是將捕集到的二氧化碳,注入油層中與原油相溶,增加原油流動性,從而提高油田採收率,業界稱為二氧化碳驅油。

另一方面,也是更重要的方面,

另一方面,也是更重要的方面,是 CCUS 技術看似百花齊放,但沒有一種成熟到低成本、可大規模工業化的程度。

一般來說,排放源的二氧化碳濃度越高,碳捕集的能耗和成本越低。

但大部分火電廠產生的煙氣的壓力小體積大,二氧化碳濃度低,因而捕集成本相當高。

從我國已投運的 CCUS 項目看,火電廠的二氧化碳捕集成本一般為 300~900 元/噸,而我國碳排放交易市場上,碳價為 50~60 元/噸。

也就是說,對於火電廠這樣的碳排放大戶,一套 CCUS 流程下來,花在減碳上的錢遠遠高於碳的市場價,還不如去市場買碳排放配額划算。

從更大的範圍來看,目前全球僅 5% 的碳排放,用 CCUS 除碳是划算的。

高昂的成本是阻止 CCUS 技術得到大規模推廣的一大瓶頸。

因此,哪怕碳捕集的產能近年來出現了跳躍式增長,但所有項目每年僅能儲存 2.44 億噸二氧化碳,不到去年新增到大氣中的 360 億噸二氧化碳的 1%。

而且,關於碳捕集與利用技術能否幫助減排,科學界也有很多質疑的聲音。

荷蘭奈梅亨大學的一位教授和同事對 40 多個 CCUS 技術做了評估。

結果發現,這些技術中的大多數的能耗非常大,以至於從全生命週期來看,把運行碳捕獲設備所需的電力、運輸二氧化碳產生的能耗等都考慮在內,排放的碳反而比它們捕獲的多。

不過,儘管當前的碳捕集不盡人意,但依然有人看好這項技術的前景。

有人認為,現階段的碳捕集行業就像十幾年前的光伏行業,需要再多一點政策和資金支持,以及耐心。

未來,隨著技術創新和相關項目形成規模效應,就可以降低技術成本。

碳捕集技術成本與能耗變化預期前景,資料來源:科學技術部社會發展科技司▼

碳捕集技術成本與能耗變化預期前景,資料來源:科學技術部社會發展科技司

事實上,美國正在加緊研究第二代碳捕集技術,包括新型膜分離技術、新型吸收技術等。

有關新型膜分離技術的研究▼

有關新型膜分離技術的研究

但也有人反對把資源投入碳捕集這個 「 無底洞 」。

比如,荷蘭內奈梅亨大學的一位氣候研究員就覺得,「如果一項技術不會大幅減少碳排放,而且離商業化還有很長的路要走,那麼或許最好將資金轉向那些確實有潛力大幅減少排放的技術」。

總之,圍繞碳捕集存在很多爭議。

在這個喧囂的時代,也許我們該做的,是懂得區分哪些是真正有潛力的技術,哪些是以綠色為噱頭的 「 偽減排 」 技術。

不管怎麼說,如果能多一條路徑通往碳中和,總歸是好事。

撰文:海淨編輯:結界 & 面線封面:煥妍

圖片、資料來源:

1.https://doi.org/10.1016/j.oneear.2022.01.006

2.要實現控制升溫,森林管理或比生物質能碳捕集與封存更有效

3.一本書讀懂碳中和

4.中國二氧化碳捕集利用與封存 (CCUS) 年度報告 (2021)

5.讀懂碳中和:中國2020-2050年低碳發展行動路線圖

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