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    • 艰难嘅“碳中同”之路:点解呢啲碳捕获同封存技术嘅商业化会失败?

      转载:本文来自微信公众号“学术头条”(ID:SciTouTiao),作者:XT,转载经授权发布。

      今年两会,“碳达峰”“碳中同” 首次被写入政府工作报告,一时间成为开年以来嘅刷屏热词。2021 年因此都被称为“碳中同”元年。

      “碳达峰”“碳中同” 嘅概念究竟是乜嘢?简单嚟讲,碳达峰是指在某一个时间点,二氧化碳嘅排放达到增长峰值,之后逐步回落;碳中同是指国家、企业、产品、活动或个人在一定时间内,直接或间接产生嘅二氧化碳或温室气体排放总量,通过各类技术应用,抵消自身产生嘅二氧化碳或温室气体排放量,达到相对 “零排放”。

      为实现碳中同嘅目标,全球 196 个国家同地区在 2015 年签署‌旨在应对气候变化嘅《巴黎协定》,提出到本世纪下半叶实现温室气体净零排放(即 “碳中同”)嘅目标。

      好多国家明确‌碳中同嘅时间节点,为积极应对全球气候变化,推动全球气候治理,中国政府在 2020 年 9 月召开嘅第 75 届联合国大会一般性辩论上,向国际社会作出 “中国将提高国家自主贡献力度,采取更加有力嘅政策同措施,二氧化碳排放力争于 2030 年前达到峰值,努力争取 2060 年前实现碳中同嘅承诺。

      点样实现 “碳达峰”“碳中同” 目标?从根本上需要依靠调整经济结构、优化能源结构,推动经济发展全面绿色转型,走绿色低碳循环发展道路。从技术层面讲,要实现全球经济嘅深度脱碳目标,离不开低碳能源技术嘅规模化部署,喺化石燃料发电厂等多个部门中起住举足轻重作用嘅碳捕获同存储(Carbon Capture and Storage,简称 CCS)技术被畀予厚望。

      但是,问题来‌:虽然碳捕获同封存技术嘅发展史已达四五十年多,但商业化速度缓慢,根本原因在边入面?

      呢排,来自加拿大、美国、英国嘅一个国际合作研究团队通过分析美国所有未获成功嘅(attempted) CCS 项目,确定‌ 12 个可以解释商业碳捕获同封存项目在美国得以成功或失败嘅基本属性。

      艰难嘅“碳中同”之路:点解呢啲碳捕获同封存技术嘅商业化会失败?

      (来源:Environmental Research Letters)

      相关研究以 “Why Commercialization of Carbon Capture and Sequestration has Failed and How it Can Work” 为题,发表在《环境研究通讯》(Environmental Research Letters)杂志上。

      商业化受阻

      碳捕获同封存技术是指将工业生活活动所产生嘅二氧化碳收集起来,并用各种方法储存以避免其排放到大气中。当使用碳而不剩只是存储碳时,系统通常被称为碳捕获、利用同存储(CCUS)。CCS 技术被认为是未来大规模减少温室气体排放、减缓全球变暖较为经济、可行嘅方法。

      在全球应对气候变化方面,碳捕获同封存技术所发挥嘅作用都变得越来越重要。联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)就对 CCS 技术畀予厚望,期望以低成本实现零碳排放。此外,喺美国总统约瑟夫・拜登(Joseph Biden)提出嘅 4000 亿美元清洁能源计划度,CCS 都是为数不多嘅低碳技术之一,该计划还获得‌美国两个党派嘅支持。

      研究发现,虽然 CCS 系统嘅某啲单个组件嘅成本同性能在技术上已经成熟,但由于商业可行性取决于成个系统点样大规模运行,CCS 嘅实际投资未能满足该技术嘅巨大预期。据统计,美国在 CCS 商业化方面进行‌大量投资,但大部分项目都以失败告终。

      艰难嘅“碳中同”之路:点解呢啲碳捕获同封存技术嘅商业化会失败?

      图 | 全球拟议同实施嘅年度二氧化碳封存量(主要数字),以及按类型划分嘅全球实施嘅年度二氧化碳封存量(插图)(来源:Environmental Research Letters)

      根据美国能源部(DOE)国家能源技术实验室(NETL)嘅数据,全世界已提议或建立‌ 300 多个各种类型嘅 CCUS 项目,喺过去嘅二十年度,美国私营企业同政府已经投入‌数百亿美元,来从数十个工业同发电厂中捕获二氧化碳。虽然得到‌广泛嘅支持,呢啲项目在好大程度上还是失败嘎啦。实际上,喺寻求将碳捕获同封存技术商业化嘅项目度,有 80% 嘅项目都以失败告终。

      该研究嘅作者之一、加州大学圣地亚哥分校深层脱碳计划嘅研究员、卡尔顿大学机械同航空航日工程嘅倡议者同助理教授 Ahmed Y. Abdulla 讲:“我哋决定不依赖案例研究,而是需要开发新嘅方法来系统地解释点解咁多项目会失败,项目结果嘅多样性在边儿,认识 CCS 项目的边啲特征是以往项目成功同失败嘅最主要因素,不仅可以使开发人员避免过去嘅错误,仲要可以确定更有可能成功嘅现有、近期 CCS 项目集群。”

      Abdulla 补充讲:“通过考虑美国有史以来研究过嘅最大 CCS 项目样本,并在过去管理呢啲项目的人员嘅广泛支持下,我哋从本质上创建‌一份重要属性清单,并评估‌每个属性嘅执行程度。”

      激励措施同收入嘅可信度是关键

      研究人员不仅从工程同工程经济学角度出发,仲要确定‌ CCS 为何仍是咁高风险嘅投资,佢喺过去两年分析‌ 39 个美国项目的公开记录,并向具有丰富实际经验嘅 CCS 项目经理寻求专业知识。

      艰难嘅“碳中同”之路:点解呢啲碳捕获同封存技术嘅商业化会失败?

      图 | 39 个拟议或建造嘅 CCS 项目成果嘅详细信息(来源:Environmental Research Letters)

      佢哋确定‌ 12 个可能决定项目结果嘅因素,分别是:

      • 技术准备度;

      • 激励措施嘅可信度;

      • 财务可信度;

      • 成本;

      • 监管挑战;

      • 二氧化碳去除负担;

      • 产业利益相关者反对;

      • 公众反对;

      • 人口接近度;

      • 就业影响;

      • 工厂位置;

      • 所在州对化石基础设施发展嘅欲望。

      研究发现,具有政策同政治嘅功能嘅收入同激励措施嘅可信度是最重要嘅属性之一,而资本成本同技术成熟度是最重要嘅属性之一,呢啲因素在过去已被广泛研究。

      作者指出,政策设计对于帮助产业商业化起住至关重要嘅作用,因为 CCS 项目需要大量嘅前期资本。现有嘅可信政策起到‌激励作用,例如 2018 年扩大嘅 45Q 税收抵免。如果公司在深层地质库中封存二氧化碳,佢会系公司提供一个有保证嘅收入来源。

      迄今为止,公司收回碳捕获投资嘅唯一激励措施是将二氧化碳出售畀石油同天然气公司,然后由石油同天然气公司将其注入油田,从而提高开采率,呢一过程都被称为提高石油采收率。45Q 税收抵免还可以刺激石油采收率嘅提高,但同专用地质二氧化碳封存相比,每单位二氧化碳嘅价格更低。

      除咗向石油同天然气公司销售以外,二氧化碳都不完全是一种有价值嘅商品。因此,几乎不存在可行嘅商业案例来维持 CCS 产业嘅规模,而呢种规模是稳定气候所必需或设想嘅。

      加州大学圣地亚哥分校全球政策同战略学院嘅深度脱碳倡议联合负责人同工业创新教授 David Victor:“如果明确设计以提高公信力,公共政策可能会对项目的成功产生巨大影响。”

      为咗评估 12 个因素在解释项目成果方面嘅相对影响,研究人员建立‌两个统计模型,并通过专家评估得出嘅模型对佢哋嘅经验分析进行‌补充。专家哋只强调‌收入同激励措施嘅可信度嘅重要性,绝大多数成功嘅项目都预先安排出售其捕获嘅二氧化碳以提高石油回收率。佢喺前期就获得‌无条件嘅激励措施,提高‌人哋对佢哋嘅财务基础安全嘅认识。

      艰难嘅“碳中同”之路:点解呢啲碳捕获同封存技术嘅商业化会失败?

      图 | 对可提高 CCS 项目可行性嘅四组政策工具嘅有效性同政治可行性进行嘅专家判断(来源:Environmental Research Letters)

      研究发现,CCS 项目的成败同好多因素有关,喺该研究度,利用历史记录同专家判断,作者建立‌三个分析模型,描绘出‌资本成本、技术就绪性同项目收入信誉重要性嘅连贯画面。研究人员表示,该研究建立‌一个可以复制、辩论同调整嘅系统框架同透明编码系统,并发现专家启发可以作为评估难以量化嘅项目属性嘅急需补充。

      来自具有实际经验嘅项目经理嘅专家建议嘅结果

      为咗说明呢种用于建模初始条件(例如行业嘅近期升级)嘅指南,研究人员向专家询问‌在 CCS 开发嘅未来十年内可能成功嘅项目数量同类型。

      艰难嘅“碳中同”之路:点解呢啲碳捕获同封存技术嘅商业化会失败?

      图 | 对未来十年 CCS 行业前景嘅专家评估,特别系对捕获嘅二氧化碳体积分布嘅专家评估(来源:Environmental Research Letters)

      专家哋达成共识,就数量而言,CCS 将优先部署在发电厂,其二氧化碳捕获量大约是工业现场 CCS 嘅两倍。但是,工业 CCS 站点(点数较小嘅变暖气体源)数量会更多。此外,捕获嘅二氧化碳更有可能被利用,而唔系被隔离在专用嘅储层中。这都揭示‌专家哋对诸如合成燃料生产同耐用碳等新型利用选择嘅怀疑态度。

      研究人员总结‌该研究中嘅模型,尤其系在通过专家判断嘅结构化启发加以增强嘅情况下,但系能会改善跨能源系统中 CCS 嘅部署情况。“像我哋咁样嘅评估使开发人员同决策者都可以从中受益。借助数据确定近期更有可能成功嘅 CCS 项目,呢啲项目将成为新嘅 CCS 产业萌芽嘅种子。”

      参考资料:

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      Tracle.CN 足跡 粵字翻譯

      2021-03-29 14:35:43

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