为了解决新能源的Bug 大佬们正砸钱搞碳捕集
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为了解决新能源的Bug 大佬们正砸钱搞碳捕集

这几年,地球人已经认识到了气候变化是一个严峻挑战。

因此,实现“碳中和”成为各国共同关心的话题。

提起碳中和,不少人想到的是电动汽车、清洁能源、碳管理啥的。

相比之下,知道碳捕集与封存技术(简称CCS)的人就少得多,简直就是减碳大业中的阿卡林。

我国公众对CCS技术的接受度,资料来源:YANG, et al▼

虽然没啥名气,但不妨碍 CCS 项目在世界各地蓬勃发展。

有调查报告显示,刚刚过去的 2022 年,CCS 项目的数量增长创下了新高:有 153 个 CCS 项目正在开发,比 2021 年足足多了 62 个。

全球碳捕集与封存设施大体分布▼

在CCS项目热潮中,不乏科技大佬和科技企业的身影。

比如全球网红马斯克赞助了 XPRIZE 碳捕集大赛,贝索斯、比尔·盖茨等知名科技大佬正在重金投资 CCS 项目,谷歌、 Meta、Shopify等公司也合作设立了碳捕捉基金项目,金额总计超过 12 亿美元。

马斯克在除碳大赛上呼吁构建十亿吨级碳去除方案,来源:XPRIZE官网截图▼

为何在大众视野里,近乎 “ 透明人 ” 的CCS,受到了资本的热捧?

也许,这要从 CCS 被寄予的期望说起。

目前来看,要想实现二氧化碳的“零排放”,最有效的办法,就是用太阳能、风能这样的清洁能源去替代化石能源。

然而,在能源领域有一个 “ 不可能三角 ”,说的是能源的低成本、清洁环保、安全稳定无法同时实现。

比如说,我们用风电和光电取代煤电,做到了清洁环保。

但以目前的技术看,我们无法做到在成本低廉的前提下,实现风电、光电的安全稳定传输。

不仅我们国家做不到,发达国家也没做到。

比如,美国德州在 2021 年 2 月就出现了大规模停电,原因是德州选择了新能源发电,大幅削减了火电的比例。

结果 2 月份出现了寒潮天气,风电机组直接被冻住了。

偏偏,储能技术很落后,根本跟不上,电网又没有和其他州的电网打通,于是就出现了这样的电力安全事故。

德州电网独立于东、西电网之外▼

那在现有技术条件下,如果我们既要清洁环保,又要安全稳定,怎么办?

只能接受更高的发电成本。

可是,对我国这样的发展中国家来说,工业化和现代化还要继续,对能源的需求只增不减,而且这种需求可能会超出我们的预期。

像 2009 年,咱们国家有部门预测,到 2020 年,我国一次能源消费将达到 44 亿吨标准煤,但实际上 2020 年我国一次能源消费达到了 50 亿吨标准煤。

所以,我们没法无视能源的成本。

再加上,咱们国家在能源上非常依赖煤炭,这就让我们要为减碳承受更大的压力和成本。

中国能源消费结构,资料来源:《能源发展“十三五”规划》▼

为啥会这样?

因为煤的碳排放量是所有化石能源里最高的。

咱们国家单位能源的碳排放强度是世界平均水平的 1.3 倍,欧洲国家的 2.1 倍,就是因为我们在烧煤,人家在烧气。

这意味着,减少同样多的碳排放,我们的压力和付出都会更大。

别的不说,就说要花的钱吧。

清华大学、中国绿金委等权威机构,分别对我国实现碳中和所需要的资金做过计算,结论基本一致:

我们总共需要 140 万亿左右的投资,用于发展无碳技术、旧设备减碳升级,以及新技术的产能扩张。

140 万亿可不是小数,相当于我国金融业总资产的 40%。

因此,哪怕只是为了给碳中和提供足够的资金支持,我们也需要经济平稳发展。

而经济要想平稳发展,低成本、安全稳定的能源就必不可少。

换句话说,未来相当长的时间里,咱们国家还离不开化石能源。

反过来再看发达国家,他们早就完成了工业化,目前碳排放已经逐年下降,也就是已经实现了“碳达峰”。

比如,欧盟已于 1979 年碳达峰,英国于 1991 年碳达峰,美国于 2005 年碳达峰,日本于 2013 年碳达峰。

再加上,他们主要是以新能源替代气,而不像我们是以新能源替代煤,减碳压力比我们小很多。

美国能源消费结构,资料来源:国家能源局▼

因而,我们更需要一套方案,兼顾减碳与能源稳定。

CCS 便提供了一种可能路径。

CCS 可以将二氧化碳从排放源或空气中捕集分离,然后输送到适宜的场地加以封存,如此就有望大幅降低化石能源带来的碳排放,从而做到两者兼顾。

真有这么神奇吗?是怎么做到的呢?

其实并没有那么复杂。

不妨以我国运行最久的上海石洞口第二电厂碳捕集装置为例。

上海石洞口第二电厂碳捕集装置▼

这种装置,基于二氧化碳是一种酸性气体,利用碱性吸收剂与烟气中的二氧化碳发生化学反应,形成不稳定的盐。

然后,让盐在加热或减压的条件下逆向分解,释放二氧化碳,从而将二氧化碳从烟气中分离。

从理论上说,这种捕集技术适用于任何一种火力发电厂,且只需要在现有的火电设施上进行改装即可。

因此,CCS 还有望降低让现有火电厂等提前退役而带来的成本。

要知道,我国是世界上最大的煤电、钢铁、水泥生产国,生产这些东西当然会产生很多碳排放,但这些生产设备的运行年限并不长。

这些设备的使用寿命一般为 40 年以上,若不采取减排措施,只能提前让其退役,由此就要搁置一大笔资产。

据估算,我国这些煤电基础设施的搁浅资产规模高达 3.08~7.2 万亿元,比 2021 年全国用在环保节能上的支出( 2.5 万亿)还要高。

而运用CCS技术进行改造,就能让这些设施继续发挥作用。

进一步说,如果在 CCS 基础上,把捕集的二氧化碳进行循环再利用,还能产生经济效益,这就是 CCS 的 2.0 版本——二氧化碳捕集利用与封存(CCUS)。

比如,建筑行业就可利用捕集到的二氧化碳,将其用在建筑材料上形成碳酸盐涂层,以及用作混凝土原料。

这样,在降低碳排放的同时,还减少了混凝土所需的水泥量,实现环境保护与经济的双赢。

这也是近几年来,我国在政策上对 CCUS 进行扶持的原因。

有人可能会有疑惑了,既然碳捕集这么有前景,为何存在感这么低呢?

这有两方面原因。

一方面,目前 CCUS 主要用在石油化工等远离大众视野的领域。

就拿我国来说,目前,我国的 CCUS 技术主要是将捕集到的二氧化碳,注入油层中与原油相溶,增加原油流动性,从而提高油田采收率,业界称为二氧化碳驱油。

另一方面,也是更重要的方面,是 CCUS 技术看似百花齐放,但没有一种成熟到低成本、可大规模工业化的程度。

一般来说,排放源的二氧化碳浓度越高,碳捕集的能耗和成本越低。

但大部分火电厂产生的烟气的压力小体积大,二氧化碳浓度低,因而捕集成本相当高。

从我国已投运的 CCUS 项目看,火电厂的二氧化碳捕集成本一般为 300~900 元/吨,而我国碳排放交易市场上,碳价为 50~60 元/吨。

也就是说,对于火电厂这样的碳排放大户,一套 CCUS 流程下来,花在减碳上的钱远远高于碳的市场价,还不如去市场买碳排放配额划算。

从更大的范围来看,目前全球仅 5% 的碳排放,用 CCUS 除碳是划算的。

高昂的成本是阻止 CCUS 技术得到大规模推广的一大瓶颈。

因此,哪怕碳捕集的产能近年来出现了跳跃式增长,但所有项目每年仅能储存 2.44 亿吨二氧化碳,不到去年新增到大气中的 360 亿吨二氧化碳的 1%。

而且,关于碳捕集与利用技术能否帮助减排,科学界也有很多质疑的声音。

荷兰奈梅亨大学的一位教授和同事对 40 多个 CCUS 技术做了评估。

结果发现,这些技术中的大多数的能耗非常大,以至于从全生命周期来看,把运行碳捕获设备所需的电力、运输二氧化碳产生的能耗等都考虑在内,排放的碳反而比它们捕获的多。

不过,尽管当前的碳捕集不尽人意,但依然有人看好这项技术的前景。

有人认为,现阶段的碳捕集行业就像十几年前的光伏行业,需要再多一点政策和资金支持,以及耐心。

未来,随着技术创新和相关项目形成规模效应,就可以降低技术成本。

碳捕集技术成本与能耗变化预期前景,资料来源:科学技术部社会发展科技司▼

事实上,美国正在加紧研究第二代碳捕集技术,包括新型膜分离技术、新型吸收技术等。

有关新型膜分离技术的研究▼

但也有人反对把资源投入碳捕集这个 “ 无底洞 ”。

比如,荷兰内奈梅亨大学的一位气候研究员就觉得,“如果一项技术不会大幅减少碳排放,而且离商业化还有很长的路要走,那么或许最好将资金转向那些确实有潜力大幅减少排放的技术”。

总之,围绕碳捕集存在很多争议。

在这个喧嚣的时代,也许我们该做的,是懂得区分哪些是真正有潜力的技术,哪些是以绿色为噱头的 “ 伪减排 ” 技术。

不管怎么说,如果能多一条路径通往碳中和,总归是好事。

撰文:海净 编辑:结界 & 面线 封面:焕妍

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