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CCUS技术会在中国迎来春天吗?

应对气候变化的紧迫性增加了碳捕集、利用与封存技术受到的关注,这项争议技术的应用会在中国加速吗?冯灏撰文探讨。

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中国正积极发展碳捕集、利用与封存技术(图片来源:Peabody Energy

10月8日,政府间气候变化委员会(IPCC)在韩国仁川发布了《全球升温 1.5°C 特别报告》,以及报告的“决策者摘要”。根据该报告,将全球变暖限制在1.5℃需要社会各方进行快速、深远和前所未有的变革。

报告中,二氧化碳去除(Carbon Dioxide Removal)作为重要的技术路径被重点强调。报告认为,所有限制全球变暖在1.5°C以内的路径都需要去除1000–10000亿吨数量级的二氧化碳。如此庞大的碳去除无法通过单一技术手段实现。报告评估了一系列可供选择的“负排放”技术,包括造林和再造林、土地恢复和土壤固碳、直接空气碳捕获和储存和二氧化碳捕集与储存技术(CCS)。

中外对话访问的中国专家认为,与报告列举的其他技术相比, CCS技术相对最成熟,并将是未来全球实现大规模减排的关键技术。与此同时,该技术的高成本、长期安全性和可靠性等问题也不容忽视。​

难以忽略的技术

据IPCC报告估计,目前人类活动已经造成的全球升温约1.0°C。

绿色创新发展中心(iGDP)执行理事胡敏认为,报告可能是应对气候变化的一个新拐点。“我们一般认为国际气候行动的基础和目标是避免巨灾风险(Catastrophic Risk)。IPCC报告警示我们这一风险的现实性,应尽快达到净零排放。”

根据该报告,不依赖二氧化碳去除技术而达到全球温升控制在1.5°C以内的目标,意味着全球碳排放要在2030年之前就开始减少。以目前全球各国的碳排放强度来说,这几乎是一条不可能达到的曲线。这意味着,要通过巨量的二氧化碳去除来平衡掉各国的排放量。

中国社科院城市发展与环境研究所可持续发展经济学研究室研究员陈迎告诉中外对话,考虑到全球碳预算严重不足,IPCC报告格外强调二氧化碳去除技术,也是不得已的选择。要在全球范围实现大规模的负排放,技术、经济、国际治理等方面的挑战都是巨大的。


报告给出了将升温控制在1.5°C以内的四种说明性方案,灰色为化石燃料和工业领域,棕色表示农林及其他土地利用,黄色为生物质能源+二氧化碳捕获和储存,示意不同手段在不同时段的贡献比例。后三种路径均使用到二氧化碳捕获和储存技术,并且,其贡献比例随时间推进有所增加。单位:十亿吨/年 (图片来源:IPCC SR1.5 SPM-19)。 

此次IPCC报告中评估的CDR技术(如造林、土壤固碳等)多是从大气中吸收二氧化碳的技术,唯独CCS技术与工业生产过程中的排放息息相关。工业排放中的二氧化碳浓度高、捕获相对容易。从根本上讲,CCS是一项减排技术。中国在CCS原有三个环节的基础上,增加了二氧化碳利用(Utilization)环节,即CCUS技术,希望通过资源化利用以产生经济效益。

陈迎表示,对于中国等高度依赖化石能源的国家而言,在能源结构调整、节能等潜力挖掘之外,必须高度重视CCUS技术。目前该技术的示范多在采油、发电等能源部门,未来要与大规模的生物质利用结合,甚至要开发直接从空气捕获二氧化碳的新技术,以实现负排放,因此发展前景十分广阔。

中国押注CCUS?

IPCC报告公布前一个月,中国生态环境部和南非环境部刚刚签署了《关于气候变化领域合作的谅解备忘录》。根据《备忘录》,为共同加强气候变化领域能力建设,双方将在CCUS等优先领域开展合作。

此前的2017年,作为中美联合气候变化声明成果的一部分,中国在陕西榆林建成了第一个大型碳捕集封存示范项目,通过从煤化工工厂捕集二氧化碳,提纯后注入油田进行驱油(CCS-EOR)和封存,该项目计划每年捕获41万吨二氧化碳。国家发改委能源研究所高级研究员姜克隽告诉中外对话,中国和南非的合作也可能采取类似示范项目的形式。

中国发改委明确提到开展CCUS试点项目的行业涉及火电、煤化工、水泥和钢铁行业。另外,中国大型国有石油企业对于该技术的兴趣也是与日俱增,两大石油巨头中国石油天然气集团公司和中国石油化工集团公司都有专门的研究院从事相关的科研工作。

中国境内的大型CCS示范项目(更新时间:2018年8月)

数据来源:全球碳捕集与封存研究院

经济效益几何

南非环境部长莫莱瓦早前在北京表示,“碳捕捉技术仍然非常昂贵,我们需要对这项前沿技术更多的研发”。此次IPCC报告的中国作者之一姜克隽也认为,该技术在提高捕获效率、真正降低成本方面空间还很大。

中国社会科学院能源数量经济与技术经济研究所能源研究室主任刘强认为,从经济角度出发,根本就不会产生CCS的市场,之所以有所谓的市场、形成了所谓的价格,是因为各国有应对气候变化的压力和需求。

CCUS项目关注的重点就是对二氧化碳进行商业应用以抵消全流程高昂的成本。目前在中国CCUS项目中应用最普遍的是二氧化碳强化驱油(EOR)和二氧化碳强化驱煤层气(ECBM),将用于封存的二氧化碳液体,注入到已近开采枯竭的油气田或煤气层中,驱赶岩缝中的原油或天然气,以提高油田和煤气层的开采率和利用量。

根据亚洲开发银行的分析,对于正在或者即将面临减产局面的中国国内大多数油田而言,EOR是维持油田经济生存力的重要选择。
当然,其经济可行性主要取决于二氧化碳购入成本与原油增产收益之间的平衡。根据该分析,这类示范项目的前提是要具有高浓度二氧化碳排放源的大规模煤化工工艺,二氧化碳排放量每年不少于10万吨,最好接近或超过100万吨;此外,在项目整个生命期内,EOR所增产的原油都可以提供持续的现金流,保障进一步的二氧化碳收购价格。

环境隐忧

CCUS技术真正的环境效益存在争议。

山东大学化学与化工学院教授朱维群曾表示,该技术会增加25—40%的额外能耗,而EOR所用二氧化碳大约会有2/3回到地表,不宜作为长期性的封存方
法。也有专家指出,由于这一过程中收获的化石燃料最终还是用于燃烧,因而这种二氧化碳捕集方式不能作为气候变化的解决方案。

二氧化碳封存的长期安全性一直是此类项目的重要风险亚行分析认为,由于项目在环境安全方面的风险,严格的风险响应机制和环境保护计划必不可少,同时还必须为上述项目配备特定的监测和审核设备。如果大规模推广,就更需要出台具体的标准来规范封存地选址、封存地分级、环境影响评价和长期可靠性评估。

另外,碳捕集技术会增加工业冷却水的需求。而水资源短缺被认为是中国未来10~15年面临的最大挑战,尤其是在煤炭项目集中的中国西北和西部地区

发展提速?

姜克隽认为,减缓温室效应将是一件越来越急迫的事情,CCUS技术也会被赋予越来越多的市场价值。英国地质调查局也指出,该技术在全球范围内的经济可行性在很大程度上取决于政府和民众对于环境和生态系统的估值。

但目前,国际层面和中国国家层面的政策(包括碳价格信号)仍然有待明确。

理论上,将二氧化碳作为工业原料、用来强化驱油,或出售碳排放权都可以为项目带来额外收益,克服整体投资和成本的增加。

但迄今为止,中国的碳市场还处于萌芽阶段,也未形成足以影响排放行为的碳价。这意味着任何二氧化碳供应方与使用方之间的商务合作都需要单独谈判。姜克隽认为,对于早期示范项目,政府需要提供必要的财政和融资支持,来克服商业可行性不足的问题。

不过,受访的中国专家均认同,CCUS或许是全球减排不得已的选项,但不应被视为能源转型的替代,“哪怕是对于中国和南非这样以煤炭为主的国家而言,效果最好、成本最低、空间最大的还应该是各环节的节能”,刘强指出。

胡敏认为,全球的减排潜力还可以从非二氧化碳温室气体来挖掘,包括HFC和甲烷等。加速制冷剂替代、减少食品浪费、甚至调整饮食习惯等也需要得到重视:“不深刻改变生活方式而达到碳中性的未来,基本不可能”。

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