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碳捕捉,下一個碳中和風口?

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碳捕捉,下一個碳中和風口?

把空氣中的碳捕捉下來,一直是碳中和設想中的重要手段。

文|經緯創(chuàng)投

今年,天氣格外熱。

先是河南、山東遭遇了歷史性高溫,7月華東又開始高溫,上海徐家匯錄得40.9°C的高溫,刷新了1873年以來的最高紀錄,熱浪席卷了大半個中國,全國有76個國家氣象站的最高氣溫突破歷史極值。

不僅僅是中國,全球很多地方都承受了一波史無前例的熱浪。6月的西班牙、英國最高氣溫突破40℃,法國也有70多個省發(fā)布高溫警報,葡萄牙的最高氣溫甚至沖到47℃,逼近全歐洲的歷史極值。美國也有超過三分之一的人口生活在高溫下,非洲突尼斯的高溫達到了48°C,伊朗則高達52°C。

根據(jù)NASA的數(shù)據(jù),2022年6月比1880-1920年同期高出1.18℃,全球變暖是高溫熱浪事件頻發(fā)的氣候大背景,而全球變暖,離不開人類的過量溫室氣體排放。

把空氣中的碳捕捉下來,一直是碳中和設想中的重要手段。在冰島,工程師們架起了巨大的風扇,它們正從空氣中捕集二氧化碳,再注入幾百米深的玄武巖基巖中。

今天,這是我們碳中和科創(chuàng)匯的第2篇研究文章,我們來關注碳捕捉、利用與封存(Carbon Capture, Utilization, and Sequestration)。如何從工業(yè)排放或是空氣中吸收碳?這項比爾·蓋茨、馬斯克等科技富豪,以及各國政府、大型石油和天然氣公司都在密切投資的重要技術,發(fā)展到哪一步了?如果您在CCUS領域科研或創(chuàng)業(yè),歡迎與我們深度交流。以下,Enjoy:

全球變暖為什么與碳有關?

碳捕捉停滯的十年

如何把碳捕捉下來?

碳捕捉之后,如何運輸和封存?

CCUS依然過于昂貴嗎?

1、全球變暖為什么與碳有關?

天氣系統(tǒng)是一個非常復雜的系統(tǒng)。2021年的諾貝爾物理學獎,第一次頒給了氣象學家,日裔美國人真鍋淑郎及其同事建立的“輻射—對流模式”,清晰地回答了一個問題——如何從物理上詮釋二氧化碳(CO2)對全球氣候變暖的作用,并準確預測其影響。

諾貝爾獎委員會在頒獎詞中寫道:

“我們不能再說我們不知道,因為氣候模式是明確的?!?/p>

“地球在升溫嗎?是的?!?/p>

“是因為大氣中溫室氣體含量的增加嗎?是的?!?/p>

“可以僅僅用自然因素來解釋嗎?不能?!?/p>

“人類活動的排放物是溫度升高的原因嗎?是的?!?/p>

而全球變暖會導致冰川融化、海平面上升、小島國被淹沒、極端天氣事件增加、旱澇格局變化……

也有一些觀點認為,這是發(fā)達國家為了限制其他國家發(fā)展的計謀,因為碳排放權就是發(fā)展權,而發(fā)達國家已經消耗了大量化石能源完成了工業(yè)化,想通過環(huán)保議題來限制發(fā)展中國家消耗化石能源工業(yè)化。

不過無論政治觀點如何,從大氣觀測結果來看,自2012年以后,全球平均氣溫急劇升高。據(jù)IPCC數(shù)據(jù)顯示,2016-2020 年這五年,是自1850年有儀器觀測記錄以來最熱的5年。2019年的二氧化碳濃度高于200萬年來的任何時候,甲烷和一氧化二氮的濃度也達到了80萬年來的最高水平。

科學界是如何確定全球變暖與溫室氣體有關?

模擬和預估氣候變化,需要一個可靠的數(shù)值模式。在2021年諾貝爾物理學獎得主真鍋淑郎,建立現(xiàn)代意義上的氣候模型之前,關于全球變暖的認知已經歷了100多年的歷程,主要里程碑包括:

全球變暖科學歷史上的重要階段性工作;數(shù)據(jù)來源:中國科學院大氣物理研究所大氣科學和地球流體力學數(shù)值模擬國家重點實驗室

如果從化學角度理解為什么是溫室氣體?主要是因為CO2、N2O、O3等溫室氣體,它們都是三原子分子結構,能夠吸收紅外輻射,而雙原子分子例如N2、O2等,不吸收紅外輻射。

第一個真正現(xiàn)代意義上的氣候模式,是由真鍋淑郎與其同事建立的輻射—對流模式,它全面解決了輻射傳輸?shù)母鱾€問題,并與對流調整相結合,建立了一個可靠地計算CO2增加導致全球變暖的數(shù)值模式,它是今天我們理解全球變暖的基礎。

基于該模型,計算結果發(fā)現(xiàn)CO2濃度每增加一倍,全球平均溫度將會升高約2.3℃。

在三種排放情景下,相對于各自1890-1900年基準氣候,16個模式及其集合平均結果中,全球年均地表氣溫變化;數(shù)據(jù)來源:中國科學院大氣物理研究所竺可楨-南森國際研究中心,《2℃全球變暖背景下中國未來氣候變化預估》

2015年《巴黎協(xié)定》明確提出到本世紀末,應把全球平均升溫控制在比工業(yè)化前水平高出2℃之內,并努力限制在1.5℃。因為與升溫2℃相比,1.5℃能夠降低許多不可逆轉的氣候變化風險。

也許有朋友會問,地球上植物的光合作用,不就是吸入二氧化碳釋放氧氣,那多種樹不就可以了?的確森林碳匯是一部分助力,但植物雖然能固碳,卻時效性慢,就需要非常龐大的森林面積,難以在短時間內遏制強勁的二氧化碳增加趨勢。

通過工程干預進行碳捕捉,這一思路便應運而生。但是直到今天,捕捉的CO2還不到全球排放量的0.5%,暫時是一個停滯不前的故事。

2、碳捕捉停滯的十年

捕獲CO2并非新鮮事。

早在20世紀70年代,天然氣加工業(yè)就一直在捕獲和利用CO2。在加工或出售液化天然氣(LNG)之前,必須從中去除任何CO2。而大部分捕獲的CO2,會出售給石油生產商,用于提高石油采收率,即把CO2注入成熟的低產油井以提高產量。

第一個商業(yè)CO2捕獲設施建立在1938年,第一個大規(guī)模的CO2注入油井是在1971年,第一個用于氣候變化的碳捕捉項目是在1996年。

但CCUS過去的十年,卻可以說是“失去的十年”。從結果來看,國際能源署在2009年的CCUS路線圖中,設定了到2020年要開發(fā)100個大型碳捕捉項目的目標,實現(xiàn)每年儲存約3億噸CO2。但到了2020年,實際產能僅占目標的13%。

雖然最近1-2年,碳捕捉的勢頭有所增長,但相比于其他新能源類別,例如風電、光伏,CCUS并沒有在技術、成本、應用范圍和部署規(guī)模方面取得有意義的進展。而其他清潔能源在政策和資本的支持下,已經降低了成本并獲得了規(guī)模效應。

很多預測都認為,雖然在凈零排放的版圖中,光伏、風電等清潔能源占據(jù)核心,但CCUS并不能被忽視。按照巴克萊銀行對于全球碳中和路線2050年的測算:綠色能源貢獻58%;節(jié)能減排貢獻25%;CCUS貢獻17%。而國際能源署IEA則預測,到2050年有9%來源于CCUS。

CCUS可以說是碳中和的最后一道防線,也是石化企業(yè)(石油、石化、煤炭)和高度依賴化石能源的高碳排企業(yè)(火電、鋼鐵、建筑)企業(yè)唯一實現(xiàn)碳中和的方式。

對于中國來說,碳捕捉甚至更為重要。由于中國目前的電力結構還高度依賴火電,截止6月中旬,火電發(fā)電量高達23751億千瓦時,而風電、光伏、水電和核電分別是3566、1800、5954、1813億千瓦時,要替代火電還需時日。

同時,光伏、風電等新能源,普遍受環(huán)境因素影響很大,導致發(fā)電時間十分受限,比如陰雨天光伏怎么辦,沒風了風電怎么辦……光伏需要在日照充足的平原或沙漠,風電必須在強風的地域,儲電和傳輸也都是新問題。而新能源電力不穩(wěn)定的問題,也給電網產生了很大壓力,需要其他能源來調峰。

所以火電很難在短期內被完全取代,并且中國的火電站普遍比較年輕,離退役日期尚且遙遠。在這樣的情況下,CCUS很明顯會成為碳中和的重要助力。

保守估計,全球有17%(國內30%)的碳排放,最終需要通過CCUS來解決,這對應著60億噸的碳排放(國內18億噸)。如果按照保守的160元/噸(25美元)的碳價計算,碳市場市場空間9600億(國內5100億)。

CCUS產業(yè)鏈分為三塊:

上游——在排放源頭捕獲二氧化碳;

中游——壓縮、脫水,將二氧化碳從捕獲點運輸?shù)絻Υ?利用點;

封存——二氧化碳被封存在地質結構中(例如廢棄油井或鹽堿地)或被利用,前者需要持續(xù)監(jiān)測以確保封存的永久性。

當然,CCUS賽道由于成本高昂和缺乏商業(yè)模式,很明顯需要政策支持、技術進步、成本降低,和更多投資。

CCUS價值鏈;數(shù)據(jù)來源:BNEF,IEA,Global CCS Institute,HSBC

3、如何把碳捕捉下來?

當風攪動著從地熱發(fā)電廠飄出的蒸汽云時,四個集裝箱般的風扇機組發(fā)出了輕柔的嗡嗡聲。

每個“集裝箱”都有12個大圓形風扇,它們由地熱發(fā)電廠提供的清潔能源驅動,將空氣吸入鋼制的收集箱,空氣中的CO2會和一種像沙子的過濾物質產生化學反應,被封存進去;而當這種物質受熱時,就會再把CO2釋放出來。這些CO2會被運輸?shù)奖鶏u公司Carbfix的工廠里,用于生產氣泡水。

這種方式叫直接空氣捕捉(DAC)。看起來是最夢幻的一種方式,但也被很多人認為是最不可能落地的方式,因為它的成本過于高昂。

CO2濃度一直是CCUS捕捉成本的重要一環(huán),濃度越高捕捉成本越低??諝庵械腃O2濃度只有萬分之四,也僅是發(fā)電煙氣的1%。

所以,直接空氣捕捉幾乎是最不經濟的一種形式,技術也更復雜。DAC的好處只是可以靈活選擇建廠地點,以避免運輸成本。

例如上文提到的Orca公司的DAC設備,是全球第一個商用設備,它每年可以吸取4000公噸的CO2,已經有8000人在網上購買了這些減碳額度,還有包括奧迪和微軟等公司也為之付費。

但DAC本身也需要不小的能源,因為需要驅動吸入空氣的風扇,只有當這些能源來自于便宜的清潔能源,才能實現(xiàn)捕捉本身的零碳排。并且其捕捉成本高達每公噸600-800美元,而每年4000公噸的捕捉量,只相當于人類CO2排放量的三秒鐘。很明顯除非有技術革命,否則DAC很難成為主流。

直接空氣捕捉(DAC)設備運行案例圖;數(shù)據(jù)來源:World Resources Institute

碳捕捉公司Climeworks的直接空氣捕捉設備

目前碳捕捉的主要方法,還是直接針對排放源頭,很多排氣管的CO2濃度可以達到10%以上。

根據(jù)二氧化碳濃度、氣流壓力與燃料類型(固體/液體)等因素,主要有燃燒前捕捉、燃燒后捕捉以及富氧燃燒捕捉三大技術路徑。

目前應用最多的是燃燒后捕捉,就是在燃燒室后面再接一段吸收分離裝置,用一些物理或是化學方法,把CO2吸附住。

其中化學方法是現(xiàn)在應用最多的。由于CO2溶于水后是一種酸性溶液,那么如果把CO2通入一種低溫高壓的堿性溶液里,今天常用的是有機胺,然后再把含有CO2的液體送到一個高溫低壓的逆反應室,就可以把吸收來的CO2再釋放出來。提純干燥后,就可以把CO2壓縮到原來體積的百分之一,成為了一罐罐的高壓CO2,完成了碳捕捉。

當然,除了有機胺法,化學法中還有氨吸收法、熱鉀堿法、離子液體吸收法等。目前還是有機胺法最成熟,它的吸收量大、分離效率高、經濟性好,但也存在醇胺在吸收過程中能耗高(易揮發(fā))、吸收到氣流中的水需要額外的干燥步驟、裝置易腐蝕等問題。

燃燒后捕捉的裝置,可以捕捉排放氣體中90%的二氧化碳,并且不需要對原有工廠做太大的改造,只要在排放后端加上相應的脫碳設備就可以了。

但由于碳捕捉本身也需要能耗,所以通過改進技術和工藝來提升效率,是必經之路。

一方面是改進化學吸附的配方。已經上市的挪威碳捕捉公司Aker,核心壁壘就是有機胺溶液的專利,它具有更高的CO2吸收性能,并且不會像市場上的其他胺一樣出現(xiàn)降解現(xiàn)象。

碳捕捉公司Aker按照排放量與場景所提供的三大產品;數(shù)據(jù)來源:Aker

降解是一種常見的問題,因為廢氣中除了CO2,肯定還有氧氣,而氧氣在捕捉室的高溫環(huán)境下,會和堿性溶液發(fā)生氧化反應,導致降解。于是需要在溶液中加入還原劑,把滲入的氧氣解決掉。

另一方面是工程上的改進。如何創(chuàng)造出更大的氣體和液體的接觸面積,但又不占用過大的用地面積,比如設計成蜂窩狀或是讓捕捉室高速旋轉等等,都是工程師需要思考的地方。

從公司經營角度來說,燃燒后捕捉+化學法,是離商業(yè)化最近的路徑。Aker的特殊專利有機胺溶劑,可應用于各種排放來源,包括火力發(fā)電(燃氣或煤炭)、水泥、煉油廠、垃圾焚燒、氫氣生產等等。

Aker也占了一個巧妙的價值鏈位置,通過工程、采購和施工,來覆蓋整個捕捉環(huán)節(jié),并沒有涉及運輸和封存。對于能源巨頭來說,碳捕捉市場太小,交給服務商來做更好。Aker典型的EPC利潤率在4-6%之間。

在針對大型排放源的Big Catch方案外,Aker還提供了一個低成本解決小規(guī)模排放的產品,這是一個關鍵的差異化因素。這個Just Catch產品,非常標準化和模塊化,可以通過普通尺寸的卡車運輸,這個市場還幾乎是空白的。

除了化學法,還有物理吸收、生物吸收、膜處理等技術路線,但很多目前還不成熟,處于研究進程中。

例如物理吸附法,是指在一定條件下,利用水、甲醇、碳酸丙烯酯等溶液或沸石,分子篩等材料作為吸附劑,對煙氣中的CO2進行選擇性吸附,然后通過改變溫度、壓力條件,對吸附劑進行CO2解吸,以達到分離目的,這里面固體吸附劑的新材料就非常重要。

對于膜分離法,則是利用不同氣體組分,對膜的滲透率差異,來實現(xiàn)氣體分離。當膜兩側存在壓力差時,氣體將自動由高氣壓滲透入低氣壓方向,但是每種組分透過膜的滲透率不同,滲透率高的組分通過效率更高,而滲透率低的氣體則富集于薄膜進氣側。這種方法簡單便捷,但我們尚未找到足夠精度和低成本的篩選薄膜。

而一些更前沿的捕捉技術,例如電化學法、化學鏈燃燒法、化學固定法、金屬骨架法、固體胺法等等,也在實驗室中不斷探索。

以上都是最成熟的燃燒后捕捉,對于燃燒前捕捉和富氧燃燒捕捉,當下大規(guī)模普及還較為困難。

燃燒前捕捉主要是針對煤電,在煤炭燃燒前就把CO2去除掉,這個過程類似于生產煤氣,在高溫水蒸氣的作用下,化石燃料會氣化,生成二氧化碳、一氧化碳、甲烷、氫氣、氮氣,其中氫氣、甲烷和一氧化碳是之后燃燒的主要成分,而首先分離出的二氧化碳就可以通過液體溶液捕捉的方式收集起來。

這種技術的難點在于,由于做了預處理,之后的燃燒環(huán)節(jié)和傳統(tǒng)煤電廠就完全不一樣了,幾乎需要工廠重建,所以它只能用在新建廠房中。

對于富氧燃燒捕捉,它與燃燒前捕捉有點類似,燃燒前捕捉是對燃料做預處理,而富氧燃燒捕捉是對燃燒時的空氣做預處理。平日是在空氣中燃燒,但現(xiàn)在是在含氧量95%的濃度下燃燒,所最終產生的CO2純度也就非常高,同時燃燒效率也很高。

這項技術不太現(xiàn)實的地方在于,一方面生成高純度氧氣環(huán)境也不是那么經濟,另一方面高純度氧氣燃燒所產生的溫度非常高,原來的生產設備也不能再用了,也相當于工廠重建。

總結來說,在三種實現(xiàn)方式中,離商業(yè)化最近的是燃燒后捕捉,主要是三個過程:(1)將CO2與其他氣體分離;(2)從CO2中去除H2O(脫水);(3)將CO2壓縮到超臨界階段。

迄今為止,全球碳捕捉最多的是涉及天然氣加工的應用(提純天然氣以供銷售),目前70%的捕捉量用于此目的。

據(jù)DNV估計,歐洲有大約1000個大型工業(yè)場所,如水泥廠、鋼鐵生產設施、化石發(fā)電和廢物轉化為能源的工廠,可以進行較為經濟的碳捕捉。而在全世界范圍內,有至少6000個這樣的大型工廠適合進行,占全球CO2排放量的60%。

4、碳捕捉之后,如何運輸和封存?

把CO2捕捉下來之后,需要把他們運輸?shù)教囟ǖ攸c永久性封存。

對于封存來說,可不是存在鐵罐中那么簡單,而是要把捕捉到的CO2成百上千年的永久性封存。人造的倉儲設備,一般設計年限都在50年,很少會超過100年。不能讓CO2再泄露回大氣層中,并且密集泄露會更加危險。

所以封存地點一般會選擇地質構造,通常是枯竭的油田和鹽堿地層。因為這些地方首先有足夠大的流體容量,其次有合適的地質特征,比如有良好的孔隙度和滲透性,以容納CO2的注入。

CO2在全球各種地質構造中的封存案例;數(shù)據(jù)來源:Global CCS Institute,Morgan Stanley

長期封存地點有很多,像鹽堿地在世界各地都很常見。根據(jù)CCS的研究,理論上有幾萬億噸CO2的封存容量。同時,油氣田也至少有幾千億噸CO2的封存容量,而封存在枯竭的油氣田比鹽堿地更為容易也更便宜。加起來,這就相當于全球幾十年甚至幾百年排放量的封存容量。

可用于封存CO2的潛在油氣田規(guī)模(單位:m tonnes CO2);數(shù)據(jù)來源:Global CCS Institute,Morgan Stanley

由于封存總存在泄漏風險,一個更前沿的技術方向是,直接讓CO2與巖石發(fā)生反應。碳捕捉公司Carbfix,發(fā)現(xiàn)二氧化碳混合物如果與玄武巖發(fā)生化學反應,可以在短短兩三年內變成巖石,而不是普遍認為的礦化過程所需要幾個世紀。

Carbfix與Climeworks合作,把后者直接空氣捕捉而來的CO2,通過鋼制冰屋保護的井直接注入地下,一旦碳變成巖石就永久不會離開,避免了注入枯竭油氣田的泄漏風險。

無論如何封存,都需要考慮運輸——如何把CO2大量、便宜地運輸?shù)椒獯娴攸c?這關乎CCUS的總成本。

與碳捕捉相同,CO2的運輸也已經有30多年的歷史,主要是通過管道運輸。短距離和小批量時,也可以通過卡車或鐵路運輸。

更重要的是,運輸CO2和運輸液化石油氣(LPG)或液化天然氣非常類似,而這已經是成熟技術。哪怕需要將CO2從歐洲和亞洲,運到美國或澳大利亞進行封存,航運也已經準備好了。

學界一向認為,超臨界的管道運輸,會成為未來陸地運輸方式的主流,因為管道運量大,運維成本低。在中石化石油工程設計公司等研究機構發(fā)表的《二氧化碳長輸管道經濟性分析》中,也預測管道會成為主流方式。

目前CO2管道運輸方式主要有四種,即氣態(tài)、液態(tài)、超臨界、密相CO2管道運輸。由于CO2只有處于超臨界/密相狀態(tài)時,其狀態(tài)才比較穩(wěn)定,而且擁有氣體低黏度、液體高密度的特點,更加利于輸送。所以當運輸量和輸送長度增加時,超臨界輸送優(yōu)勢最為明顯。

未來還有一種可能性,是四種運輸方式結合使用。例如先利用集輸管線把各地捕捉到的CO2運輸?shù)教幚韽S,再用管道干線將高壓純CO2運輸?shù)紼OR礦區(qū)附近,再用汽車或小口徑管線把CO2氣體送到各個注CO2井場,實現(xiàn)最佳成本優(yōu)化。

美國2020年的CO2運輸管道現(xiàn)狀,與2046-2050年干支線規(guī)劃;數(shù)據(jù)來源:Princeton University2020 Net Zero Report,Morgan Stanley

當我們分析完碳捕捉、運輸與封存,可以看出這是一項高能耗(碳捕捉需要不小的電力)、高成本(很多設備、用地需要大量資金)、高不確定性(與氣候變化政策緊密相關)的賽道。

下面我們來詳細分析一下CCUS的各項成本,以及看看目前全球有哪些重點項目正在運作。

5、CCUS依然過于昂貴嗎?

碳捕捉一直是成本最大的環(huán)節(jié),占到總成本的70-90%。GaffneyCline估計,CCUS的成本分解如下——捕捉需要20-100美元/噸,運輸5-25美元/噸,封存3-15美元/噸。

美國國家石油委員會曾經進行了一項研究,在統(tǒng)計了全國最大的850個固定排放源之后,分析出了碳捕捉的成本影響因素,包括了:

碳排放源的工廠設備類型

碳捕捉設備安裝在新建還是改造的場地上

排放氣體的CO2濃度

是否需要建造新的基礎設施,來運輸CO2到封存地點

周邊是否有CO2的其他經濟用途

項目成本是否可以用政策補助來抵消

在比較容易捕捉的工業(yè)場景中,比如氣體處理、化學品、氨等等,捕捉成本可以在每噸CO2 20-40美元的范圍內解決,而低濃度來源(比如鋼鐵、水泥、發(fā)電)的捕捉成本,往往會超過每噸CO2 60美元,在特殊情況下甚至會超過100美元。

對于運輸來說,陸上運輸和封存普遍比海上便宜,封存在枯竭的油氣田最為便宜,如果有遺留的基礎設施可以被重新利用,則更可以降低成本。國際能源署估計,陸上管道運輸?shù)某杀驹诿繃岰O2 2-14美元的范圍內,美國大約一半的封存地點成本低于10美元。在某些低產量的油井中,封存CO2可能還會導致石油產量提高。

在挪威北極光項目中,挪威國家石油公司Equinor、殼牌和道達爾能源合作,希望將CO2注入和封存在北海海床下2600米處。項目一期計劃于2024年年中完成,屆時將可實現(xiàn)每年永久封存150萬噸二氧化碳,項目二期儲存能力將擴展至每年500萬噸以上。

挪威北極光-長船項目各環(huán)節(jié)圖解;數(shù)據(jù)來源:Equinor,J.P.Morgan

北極光項目提供了一個構想,即建立一個未來的CO2處理網絡,可以讓北海周圍幾個國家建立管道和海運基礎設施,然后集中封存。當覆蓋了多個工業(yè)集群后,他們可以共享運輸和封存基礎設施的成本和運營費用。

美國石油和天然氣運營商Denbury,正在墨西哥灣沿岸及周邊地區(qū)建設一個CO2管道網絡,連接了多個工業(yè)排放源和一系列油田,CO2可被用于提升石油產量。320英里的CO2運輸管道,橫跨密西西比州、路易斯安那州和德克薩斯州,每年可輸送1600萬噸二氧化碳。

DEN丹伯里資源公司二氧化碳海灣沿岸管道地圖;數(shù)據(jù)來源:J.P.Morgan

CCUS的成本下降空間仍然很大,來自于未來的技術迭代與規(guī)模效應。若想讓CCUS發(fā)揮功效,需要建立一個正向循環(huán)、各方受益的市場環(huán)境,和一系列配套政策,比如碳交易所、碳指標與獎懲機制等等。在這些方面,前路還很長。

如果按照2060碳中和的時間進度,在2030年會迎來CCUS的商業(yè)化拐點,那么現(xiàn)在就要開始基礎設施建設。根據(jù)國際能源署IEA預計,全球每年應用于CCUS基礎設施的投資,未來十年要翻40倍,在2030年達到400億美元規(guī)模。

基于碳中和政策目標,以及相關技術研發(fā)需要較長時間,如今是嚴重的技術方案供不應求的局面。少數(shù)有成熟技術積累的公司,將擁有4-5年的紅利期。同時由于全球都缺乏成熟的解決方案,賣方市場屬性強烈。

由于碳捕捉涉及底層物理和化學的技術創(chuàng)新,同時又需要工程化的擴產經驗,我們很看好兩者兼?zhèn)涞膭?chuàng)業(yè)團隊。如果您在這一領域科研或創(chuàng)業(yè),歡迎與我們深度交流。

References:

1. HSBC:Spotlight Carbon Capture Sequestration:Back in the debate, but no silver bullet

2. HSBC:Aker Carbon Capture (ACCME NO) -Downgrade to Hold:Trailblazing in the price

3. Morgan Stanley:Carbon Capture-A Hidden Opportunity?

4. J.P.Morgan:Energy Transition North American Carbon Capture (CCUS) Primer

5. Credit Suisse:Abundant Activity Accelerating; Conveying the Carbon Capture and Storage Context

6. 中國科學院大氣物理研究所大氣科學和地球流體力學數(shù)值模擬國家重點實驗室:2021年諾貝爾物理學獎解讀:從溫室效應到地球系統(tǒng)科學

7. 中國科學院大氣物理研究所竺可楨—南森國際研究中心:2°C全球變暖背景下中國未來氣候變化預估

8. 國家能源技術經濟研究院:全球碳捕捉與封存(CCS)技術現(xiàn)狀及應用前景

9. New York Times:Is Carbon Capture Here?

10. 中金公司:碳中和系列一:碳捕捉與封存,千億市場啟航

11. 《碳中和產業(yè)中的碳捕捉技術》

本文為轉載內容,授權事宜請聯(lián)系原著作權人。

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碳捕捉,下一個碳中和風口?

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今天,這是我們碳中和科創(chuàng)匯的第2篇研究文章,我們來關注碳捕捉、利用與封存(Carbon Capture, Utilization, and Sequestration)。如何從工業(yè)排放或是空氣中吸收碳?這項比爾·蓋茨、馬斯克等科技富豪,以及各國政府、大型石油和天然氣公司都在密切投資的重要技術,發(fā)展到哪一步了?如果您在CCUS領域科研或創(chuàng)業(yè),歡迎與我們深度交流。以下,Enjoy:

全球變暖為什么與碳有關?

碳捕捉停滯的十年

如何把碳捕捉下來?

碳捕捉之后,如何運輸和封存?

CCUS依然過于昂貴嗎?

1、全球變暖為什么與碳有關?

天氣系統(tǒng)是一個非常復雜的系統(tǒng)。2021年的諾貝爾物理學獎,第一次頒給了氣象學家,日裔美國人真鍋淑郎及其同事建立的“輻射—對流模式”,清晰地回答了一個問題——如何從物理上詮釋二氧化碳(CO2)對全球氣候變暖的作用,并準確預測其影響。

諾貝爾獎委員會在頒獎詞中寫道:

“我們不能再說我們不知道,因為氣候模式是明確的。”

“地球在升溫嗎?是的?!?/p>

“是因為大氣中溫室氣體含量的增加嗎?是的。”

“可以僅僅用自然因素來解釋嗎?不能?!?/p>

“人類活動的排放物是溫度升高的原因嗎?是的?!?/p>

而全球變暖會導致冰川融化、海平面上升、小島國被淹沒、極端天氣事件增加、旱澇格局變化……

也有一些觀點認為,這是發(fā)達國家為了限制其他國家發(fā)展的計謀,因為碳排放權就是發(fā)展權,而發(fā)達國家已經消耗了大量化石能源完成了工業(yè)化,想通過環(huán)保議題來限制發(fā)展中國家消耗化石能源工業(yè)化。

不過無論政治觀點如何,從大氣觀測結果來看,自2012年以后,全球平均氣溫急劇升高。據(jù)IPCC數(shù)據(jù)顯示,2016-2020 年這五年,是自1850年有儀器觀測記錄以來最熱的5年。2019年的二氧化碳濃度高于200萬年來的任何時候,甲烷和一氧化二氮的濃度也達到了80萬年來的最高水平。

科學界是如何確定全球變暖與溫室氣體有關?

模擬和預估氣候變化,需要一個可靠的數(shù)值模式。在2021年諾貝爾物理學獎得主真鍋淑郎,建立現(xiàn)代意義上的氣候模型之前,關于全球變暖的認知已經歷了100多年的歷程,主要里程碑包括:

全球變暖科學歷史上的重要階段性工作;數(shù)據(jù)來源:中國科學院大氣物理研究所大氣科學和地球流體力學數(shù)值模擬國家重點實驗室

如果從化學角度理解為什么是溫室氣體?主要是因為CO2、N2O、O3等溫室氣體,它們都是三原子分子結構,能夠吸收紅外輻射,而雙原子分子例如N2、O2等,不吸收紅外輻射。

第一個真正現(xiàn)代意義上的氣候模式,是由真鍋淑郎與其同事建立的輻射—對流模式,它全面解決了輻射傳輸?shù)母鱾€問題,并與對流調整相結合,建立了一個可靠地計算CO2增加導致全球變暖的數(shù)值模式,它是今天我們理解全球變暖的基礎。

基于該模型,計算結果發(fā)現(xiàn)CO2濃度每增加一倍,全球平均溫度將會升高約2.3℃。

在三種排放情景下,相對于各自1890-1900年基準氣候,16個模式及其集合平均結果中,全球年均地表氣溫變化;數(shù)據(jù)來源:中國科學院大氣物理研究所竺可楨-南森國際研究中心,《2℃全球變暖背景下中國未來氣候變化預估》

2015年《巴黎協(xié)定》明確提出到本世紀末,應把全球平均升溫控制在比工業(yè)化前水平高出2℃之內,并努力限制在1.5℃。因為與升溫2℃相比,1.5℃能夠降低許多不可逆轉的氣候變化風險。

也許有朋友會問,地球上植物的光合作用,不就是吸入二氧化碳釋放氧氣,那多種樹不就可以了?的確森林碳匯是一部分助力,但植物雖然能固碳,卻時效性慢,就需要非常龐大的森林面積,難以在短時間內遏制強勁的二氧化碳增加趨勢。

通過工程干預進行碳捕捉,這一思路便應運而生。但是直到今天,捕捉的CO2還不到全球排放量的0.5%,暫時是一個停滯不前的故事。

2、碳捕捉停滯的十年

捕獲CO2并非新鮮事。

早在20世紀70年代,天然氣加工業(yè)就一直在捕獲和利用CO2。在加工或出售液化天然氣(LNG)之前,必須從中去除任何CO2。而大部分捕獲的CO2,會出售給石油生產商,用于提高石油采收率,即把CO2注入成熟的低產油井以提高產量。

第一個商業(yè)CO2捕獲設施建立在1938年,第一個大規(guī)模的CO2注入油井是在1971年,第一個用于氣候變化的碳捕捉項目是在1996年。

但CCUS過去的十年,卻可以說是“失去的十年”。從結果來看,國際能源署在2009年的CCUS路線圖中,設定了到2020年要開發(fā)100個大型碳捕捉項目的目標,實現(xiàn)每年儲存約3億噸CO2。但到了2020年,實際產能僅占目標的13%。

雖然最近1-2年,碳捕捉的勢頭有所增長,但相比于其他新能源類別,例如風電、光伏,CCUS并沒有在技術、成本、應用范圍和部署規(guī)模方面取得有意義的進展。而其他清潔能源在政策和資本的支持下,已經降低了成本并獲得了規(guī)模效應。

很多預測都認為,雖然在凈零排放的版圖中,光伏、風電等清潔能源占據(jù)核心,但CCUS并不能被忽視。按照巴克萊銀行對于全球碳中和路線2050年的測算:綠色能源貢獻58%;節(jié)能減排貢獻25%;CCUS貢獻17%。而國際能源署IEA則預測,到2050年有9%來源于CCUS。

CCUS可以說是碳中和的最后一道防線,也是石化企業(yè)(石油、石化、煤炭)和高度依賴化石能源的高碳排企業(yè)(火電、鋼鐵、建筑)企業(yè)唯一實現(xiàn)碳中和的方式。

對于中國來說,碳捕捉甚至更為重要。由于中國目前的電力結構還高度依賴火電,截止6月中旬,火電發(fā)電量高達23751億千瓦時,而風電、光伏、水電和核電分別是3566、1800、5954、1813億千瓦時,要替代火電還需時日。

同時,光伏、風電等新能源,普遍受環(huán)境因素影響很大,導致發(fā)電時間十分受限,比如陰雨天光伏怎么辦,沒風了風電怎么辦……光伏需要在日照充足的平原或沙漠,風電必須在強風的地域,儲電和傳輸也都是新問題。而新能源電力不穩(wěn)定的問題,也給電網產生了很大壓力,需要其他能源來調峰。

所以火電很難在短期內被完全取代,并且中國的火電站普遍比較年輕,離退役日期尚且遙遠。在這樣的情況下,CCUS很明顯會成為碳中和的重要助力。

保守估計,全球有17%(國內30%)的碳排放,最終需要通過CCUS來解決,這對應著60億噸的碳排放(國內18億噸)。如果按照保守的160元/噸(25美元)的碳價計算,碳市場市場空間9600億(國內5100億)。

CCUS產業(yè)鏈分為三塊:

上游——在排放源頭捕獲二氧化碳;

中游——壓縮、脫水,將二氧化碳從捕獲點運輸?shù)絻Υ?利用點;

封存——二氧化碳被封存在地質結構中(例如廢棄油井或鹽堿地)或被利用,前者需要持續(xù)監(jiān)測以確保封存的永久性。

當然,CCUS賽道由于成本高昂和缺乏商業(yè)模式,很明顯需要政策支持、技術進步、成本降低,和更多投資。

CCUS價值鏈;數(shù)據(jù)來源:BNEF,IEA,Global CCS Institute,HSBC

3、如何把碳捕捉下來?

當風攪動著從地熱發(fā)電廠飄出的蒸汽云時,四個集裝箱般的風扇機組發(fā)出了輕柔的嗡嗡聲。

每個“集裝箱”都有12個大圓形風扇,它們由地熱發(fā)電廠提供的清潔能源驅動,將空氣吸入鋼制的收集箱,空氣中的CO2會和一種像沙子的過濾物質產生化學反應,被封存進去;而當這種物質受熱時,就會再把CO2釋放出來。這些CO2會被運輸?shù)奖鶏u公司Carbfix的工廠里,用于生產氣泡水。

這種方式叫直接空氣捕捉(DAC)。看起來是最夢幻的一種方式,但也被很多人認為是最不可能落地的方式,因為它的成本過于高昂。

CO2濃度一直是CCUS捕捉成本的重要一環(huán),濃度越高捕捉成本越低??諝庵械腃O2濃度只有萬分之四,也僅是發(fā)電煙氣的1%。

所以,直接空氣捕捉幾乎是最不經濟的一種形式,技術也更復雜。DAC的好處只是可以靈活選擇建廠地點,以避免運輸成本。

例如上文提到的Orca公司的DAC設備,是全球第一個商用設備,它每年可以吸取4000公噸的CO2,已經有8000人在網上購買了這些減碳額度,還有包括奧迪和微軟等公司也為之付費。

但DAC本身也需要不小的能源,因為需要驅動吸入空氣的風扇,只有當這些能源來自于便宜的清潔能源,才能實現(xiàn)捕捉本身的零碳排。并且其捕捉成本高達每公噸600-800美元,而每年4000公噸的捕捉量,只相當于人類CO2排放量的三秒鐘。很明顯除非有技術革命,否則DAC很難成為主流。

直接空氣捕捉(DAC)設備運行案例圖;數(shù)據(jù)來源:World Resources Institute

碳捕捉公司Climeworks的直接空氣捕捉設備

目前碳捕捉的主要方法,還是直接針對排放源頭,很多排氣管的CO2濃度可以達到10%以上。

根據(jù)二氧化碳濃度、氣流壓力與燃料類型(固體/液體)等因素,主要有燃燒前捕捉、燃燒后捕捉以及富氧燃燒捕捉三大技術路徑。

目前應用最多的是燃燒后捕捉,就是在燃燒室后面再接一段吸收分離裝置,用一些物理或是化學方法,把CO2吸附住。

其中化學方法是現(xiàn)在應用最多的。由于CO2溶于水后是一種酸性溶液,那么如果把CO2通入一種低溫高壓的堿性溶液里,今天常用的是有機胺,然后再把含有CO2的液體送到一個高溫低壓的逆反應室,就可以把吸收來的CO2再釋放出來。提純干燥后,就可以把CO2壓縮到原來體積的百分之一,成為了一罐罐的高壓CO2,完成了碳捕捉。

當然,除了有機胺法,化學法中還有氨吸收法、熱鉀堿法、離子液體吸收法等。目前還是有機胺法最成熟,它的吸收量大、分離效率高、經濟性好,但也存在醇胺在吸收過程中能耗高(易揮發(fā))、吸收到氣流中的水需要額外的干燥步驟、裝置易腐蝕等問題。

燃燒后捕捉的裝置,可以捕捉排放氣體中90%的二氧化碳,并且不需要對原有工廠做太大的改造,只要在排放后端加上相應的脫碳設備就可以了。

但由于碳捕捉本身也需要能耗,所以通過改進技術和工藝來提升效率,是必經之路。

一方面是改進化學吸附的配方。已經上市的挪威碳捕捉公司Aker,核心壁壘就是有機胺溶液的專利,它具有更高的CO2吸收性能,并且不會像市場上的其他胺一樣出現(xiàn)降解現(xiàn)象。

碳捕捉公司Aker按照排放量與場景所提供的三大產品;數(shù)據(jù)來源:Aker

降解是一種常見的問題,因為廢氣中除了CO2,肯定還有氧氣,而氧氣在捕捉室的高溫環(huán)境下,會和堿性溶液發(fā)生氧化反應,導致降解。于是需要在溶液中加入還原劑,把滲入的氧氣解決掉。

另一方面是工程上的改進。如何創(chuàng)造出更大的氣體和液體的接觸面積,但又不占用過大的用地面積,比如設計成蜂窩狀或是讓捕捉室高速旋轉等等,都是工程師需要思考的地方。

從公司經營角度來說,燃燒后捕捉+化學法,是離商業(yè)化最近的路徑。Aker的特殊專利有機胺溶劑,可應用于各種排放來源,包括火力發(fā)電(燃氣或煤炭)、水泥、煉油廠、垃圾焚燒、氫氣生產等等。

Aker也占了一個巧妙的價值鏈位置,通過工程、采購和施工,來覆蓋整個捕捉環(huán)節(jié),并沒有涉及運輸和封存。對于能源巨頭來說,碳捕捉市場太小,交給服務商來做更好。Aker典型的EPC利潤率在4-6%之間。

在針對大型排放源的Big Catch方案外,Aker還提供了一個低成本解決小規(guī)模排放的產品,這是一個關鍵的差異化因素。這個Just Catch產品,非常標準化和模塊化,可以通過普通尺寸的卡車運輸,這個市場還幾乎是空白的。

除了化學法,還有物理吸收、生物吸收、膜處理等技術路線,但很多目前還不成熟,處于研究進程中。

例如物理吸附法,是指在一定條件下,利用水、甲醇、碳酸丙烯酯等溶液或沸石,分子篩等材料作為吸附劑,對煙氣中的CO2進行選擇性吸附,然后通過改變溫度、壓力條件,對吸附劑進行CO2解吸,以達到分離目的,這里面固體吸附劑的新材料就非常重要。

對于膜分離法,則是利用不同氣體組分,對膜的滲透率差異,來實現(xiàn)氣體分離。當膜兩側存在壓力差時,氣體將自動由高氣壓滲透入低氣壓方向,但是每種組分透過膜的滲透率不同,滲透率高的組分通過效率更高,而滲透率低的氣體則富集于薄膜進氣側。這種方法簡單便捷,但我們尚未找到足夠精度和低成本的篩選薄膜。

而一些更前沿的捕捉技術,例如電化學法、化學鏈燃燒法、化學固定法、金屬骨架法、固體胺法等等,也在實驗室中不斷探索。

以上都是最成熟的燃燒后捕捉,對于燃燒前捕捉和富氧燃燒捕捉,當下大規(guī)模普及還較為困難。

燃燒前捕捉主要是針對煤電,在煤炭燃燒前就把CO2去除掉,這個過程類似于生產煤氣,在高溫水蒸氣的作用下,化石燃料會氣化,生成二氧化碳、一氧化碳、甲烷、氫氣、氮氣,其中氫氣、甲烷和一氧化碳是之后燃燒的主要成分,而首先分離出的二氧化碳就可以通過液體溶液捕捉的方式收集起來。

這種技術的難點在于,由于做了預處理,之后的燃燒環(huán)節(jié)和傳統(tǒng)煤電廠就完全不一樣了,幾乎需要工廠重建,所以它只能用在新建廠房中。

對于富氧燃燒捕捉,它與燃燒前捕捉有點類似,燃燒前捕捉是對燃料做預處理,而富氧燃燒捕捉是對燃燒時的空氣做預處理。平日是在空氣中燃燒,但現(xiàn)在是在含氧量95%的濃度下燃燒,所最終產生的CO2純度也就非常高,同時燃燒效率也很高。

這項技術不太現(xiàn)實的地方在于,一方面生成高純度氧氣環(huán)境也不是那么經濟,另一方面高純度氧氣燃燒所產生的溫度非常高,原來的生產設備也不能再用了,也相當于工廠重建。

總結來說,在三種實現(xiàn)方式中,離商業(yè)化最近的是燃燒后捕捉,主要是三個過程:(1)將CO2與其他氣體分離;(2)從CO2中去除H2O(脫水);(3)將CO2壓縮到超臨界階段。

迄今為止,全球碳捕捉最多的是涉及天然氣加工的應用(提純天然氣以供銷售),目前70%的捕捉量用于此目的。

據(jù)DNV估計,歐洲有大約1000個大型工業(yè)場所,如水泥廠、鋼鐵生產設施、化石發(fā)電和廢物轉化為能源的工廠,可以進行較為經濟的碳捕捉。而在全世界范圍內,有至少6000個這樣的大型工廠適合進行,占全球CO2排放量的60%。

4、碳捕捉之后,如何運輸和封存?

把CO2捕捉下來之后,需要把他們運輸?shù)教囟ǖ攸c永久性封存。

對于封存來說,可不是存在鐵罐中那么簡單,而是要把捕捉到的CO2成百上千年的永久性封存。人造的倉儲設備,一般設計年限都在50年,很少會超過100年。不能讓CO2再泄露回大氣層中,并且密集泄露會更加危險。

所以封存地點一般會選擇地質構造,通常是枯竭的油田和鹽堿地層。因為這些地方首先有足夠大的流體容量,其次有合適的地質特征,比如有良好的孔隙度和滲透性,以容納CO2的注入。

CO2在全球各種地質構造中的封存案例;數(shù)據(jù)來源:Global CCS Institute,Morgan Stanley

長期封存地點有很多,像鹽堿地在世界各地都很常見。根據(jù)CCS的研究,理論上有幾萬億噸CO2的封存容量。同時,油氣田也至少有幾千億噸CO2的封存容量,而封存在枯竭的油氣田比鹽堿地更為容易也更便宜。加起來,這就相當于全球幾十年甚至幾百年排放量的封存容量。

可用于封存CO2的潛在油氣田規(guī)模(單位:m tonnes CO2);數(shù)據(jù)來源:Global CCS Institute,Morgan Stanley

由于封存總存在泄漏風險,一個更前沿的技術方向是,直接讓CO2與巖石發(fā)生反應。碳捕捉公司Carbfix,發(fā)現(xiàn)二氧化碳混合物如果與玄武巖發(fā)生化學反應,可以在短短兩三年內變成巖石,而不是普遍認為的礦化過程所需要幾個世紀。

Carbfix與Climeworks合作,把后者直接空氣捕捉而來的CO2,通過鋼制冰屋保護的井直接注入地下,一旦碳變成巖石就永久不會離開,避免了注入枯竭油氣田的泄漏風險。

無論如何封存,都需要考慮運輸——如何把CO2大量、便宜地運輸?shù)椒獯娴攸c?這關乎CCUS的總成本。

與碳捕捉相同,CO2的運輸也已經有30多年的歷史,主要是通過管道運輸。短距離和小批量時,也可以通過卡車或鐵路運輸。

更重要的是,運輸CO2和運輸液化石油氣(LPG)或液化天然氣非常類似,而這已經是成熟技術。哪怕需要將CO2從歐洲和亞洲,運到美國或澳大利亞進行封存,航運也已經準備好了。

學界一向認為,超臨界的管道運輸,會成為未來陸地運輸方式的主流,因為管道運量大,運維成本低。在中石化石油工程設計公司等研究機構發(fā)表的《二氧化碳長輸管道經濟性分析》中,也預測管道會成為主流方式。

目前CO2管道運輸方式主要有四種,即氣態(tài)、液態(tài)、超臨界、密相CO2管道運輸。由于CO2只有處于超臨界/密相狀態(tài)時,其狀態(tài)才比較穩(wěn)定,而且擁有氣體低黏度、液體高密度的特點,更加利于輸送。所以當運輸量和輸送長度增加時,超臨界輸送優(yōu)勢最為明顯。

未來還有一種可能性,是四種運輸方式結合使用。例如先利用集輸管線把各地捕捉到的CO2運輸?shù)教幚韽S,再用管道干線將高壓純CO2運輸?shù)紼OR礦區(qū)附近,再用汽車或小口徑管線把CO2氣體送到各個注CO2井場,實現(xiàn)最佳成本優(yōu)化。

美國2020年的CO2運輸管道現(xiàn)狀,與2046-2050年干支線規(guī)劃;數(shù)據(jù)來源:Princeton University2020 Net Zero Report,Morgan Stanley

當我們分析完碳捕捉、運輸與封存,可以看出這是一項高能耗(碳捕捉需要不小的電力)、高成本(很多設備、用地需要大量資金)、高不確定性(與氣候變化政策緊密相關)的賽道。

下面我們來詳細分析一下CCUS的各項成本,以及看看目前全球有哪些重點項目正在運作。

5、CCUS依然過于昂貴嗎?

碳捕捉一直是成本最大的環(huán)節(jié),占到總成本的70-90%。GaffneyCline估計,CCUS的成本分解如下——捕捉需要20-100美元/噸,運輸5-25美元/噸,封存3-15美元/噸。

美國國家石油委員會曾經進行了一項研究,在統(tǒng)計了全國最大的850個固定排放源之后,分析出了碳捕捉的成本影響因素,包括了:

碳排放源的工廠設備類型

碳捕捉設備安裝在新建還是改造的場地上

排放氣體的CO2濃度

是否需要建造新的基礎設施,來運輸CO2到封存地點

周邊是否有CO2的其他經濟用途

項目成本是否可以用政策補助來抵消

在比較容易捕捉的工業(yè)場景中,比如氣體處理、化學品、氨等等,捕捉成本可以在每噸CO2 20-40美元的范圍內解決,而低濃度來源(比如鋼鐵、水泥、發(fā)電)的捕捉成本,往往會超過每噸CO2 60美元,在特殊情況下甚至會超過100美元。

對于運輸來說,陸上運輸和封存普遍比海上便宜,封存在枯竭的油氣田最為便宜,如果有遺留的基礎設施可以被重新利用,則更可以降低成本。國際能源署估計,陸上管道運輸?shù)某杀驹诿繃岰O2 2-14美元的范圍內,美國大約一半的封存地點成本低于10美元。在某些低產量的油井中,封存CO2可能還會導致石油產量提高。

在挪威北極光項目中,挪威國家石油公司Equinor、殼牌和道達爾能源合作,希望將CO2注入和封存在北海海床下2600米處。項目一期計劃于2024年年中完成,屆時將可實現(xiàn)每年永久封存150萬噸二氧化碳,項目二期儲存能力將擴展至每年500萬噸以上。

挪威北極光-長船項目各環(huán)節(jié)圖解;數(shù)據(jù)來源:Equinor,J.P.Morgan

北極光項目提供了一個構想,即建立一個未來的CO2處理網絡,可以讓北海周圍幾個國家建立管道和海運基礎設施,然后集中封存。當覆蓋了多個工業(yè)集群后,他們可以共享運輸和封存基礎設施的成本和運營費用。

美國石油和天然氣運營商Denbury,正在墨西哥灣沿岸及周邊地區(qū)建設一個CO2管道網絡,連接了多個工業(yè)排放源和一系列油田,CO2可被用于提升石油產量。320英里的CO2運輸管道,橫跨密西西比州、路易斯安那州和德克薩斯州,每年可輸送1600萬噸二氧化碳。

DEN丹伯里資源公司二氧化碳海灣沿岸管道地圖;數(shù)據(jù)來源:J.P.Morgan

CCUS的成本下降空間仍然很大,來自于未來的技術迭代與規(guī)模效應。若想讓CCUS發(fā)揮功效,需要建立一個正向循環(huán)、各方受益的市場環(huán)境,和一系列配套政策,比如碳交易所、碳指標與獎懲機制等等。在這些方面,前路還很長。

如果按照2060碳中和的時間進度,在2030年會迎來CCUS的商業(yè)化拐點,那么現(xiàn)在就要開始基礎設施建設。根據(jù)國際能源署IEA預計,全球每年應用于CCUS基礎設施的投資,未來十年要翻40倍,在2030年達到400億美元規(guī)模。

基于碳中和政策目標,以及相關技術研發(fā)需要較長時間,如今是嚴重的技術方案供不應求的局面。少數(shù)有成熟技術積累的公司,將擁有4-5年的紅利期。同時由于全球都缺乏成熟的解決方案,賣方市場屬性強烈。

由于碳捕捉涉及底層物理和化學的技術創(chuàng)新,同時又需要工程化的擴產經驗,我們很看好兩者兼?zhèn)涞膭?chuàng)業(yè)團隊。如果您在這一領域科研或創(chuàng)業(yè),歡迎與我們深度交流。

References:

1. HSBC:Spotlight Carbon Capture Sequestration:Back in the debate, but no silver bullet

2. HSBC:Aker Carbon Capture (ACCME NO) -Downgrade to Hold:Trailblazing in the price

3. Morgan Stanley:Carbon Capture-A Hidden Opportunity?

4. J.P.Morgan:Energy Transition North American Carbon Capture (CCUS) Primer

5. Credit Suisse:Abundant Activity Accelerating; Conveying the Carbon Capture and Storage Context

6. 中國科學院大氣物理研究所大氣科學和地球流體力學數(shù)值模擬國家重點實驗室:2021年諾貝爾物理學獎解讀:從溫室效應到地球系統(tǒng)科學

7. 中國科學院大氣物理研究所竺可楨—南森國際研究中心:2°C全球變暖背景下中國未來氣候變化預估

8. 國家能源技術經濟研究院:全球碳捕捉與封存(CCS)技術現(xiàn)狀及應用前景

9. New York Times:Is Carbon Capture Here?

10. 中金公司:碳中和系列一:碳捕捉與封存,千億市場啟航

11. 《碳中和產業(yè)中的碳捕捉技術》

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