碳捕手，天將降大任

空氣里捉碳，科幻照進(jìn)了現(xiàn)實(shí)

“直接去空氣里捉碳”，這聽起來(lái)似乎很科幻，但正在真實(shí)地發(fā)生著。

2021年9月投運(yùn)的Orca，到目前為止，每年可捕獲二氧化碳約4000噸，大致相當(dāng)于600個(gè)歐洲居民的二氧化碳年排放量。

Orca是目前在冰島運(yùn)營(yíng)著的世界最大的空氣捕集二氧化碳設(shè)施，可以吸入大量的冰島空氣，然后利用專利化學(xué)物質(zhì)去除其中的二氧化碳并產(chǎn)生一種化合物，然后再將其埋入地下1000米的玄武巖層中，永久轉(zhuǎn)化為礦物。

Orca一套設(shè)備有兩個(gè)海運(yùn)集裝箱那么大，配備有一組圓形風(fēng)扇。當(dāng)風(fēng)扇集體大規(guī)模轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)，空氣被采集到收集箱，其中的二氧化碳與里面的化學(xué)品發(fā)生反應(yīng)后留存下來(lái)，其他成分的氣體則返回大氣中。

憑借Orca“直接去空氣里捉碳”的驚人表現(xiàn)，今年4月，瑞士碳捕集初創(chuàng)公司Climework s完成了6.5億美元的新一輪融資。這是碳捕集賽道歷史上募集到的最大金額，也讓成立僅5年的Climeworks一躍成為行業(yè)明星。

作為氣候議題中的主角，二氧化碳原本在自然界中有一套自己的天然循環(huán)系統(tǒng)：源自工業(yè)廢氣和動(dòng)植物呼吸產(chǎn)生的二氧化碳，一“出生”就會(huì)釋放到空氣中，之后這些二氧化碳會(huì)迎來(lái)不同的命運(yùn)走向，一部分被森林和海洋吸收，剩下的則留在空氣中。

如果把地球大氣層看作是一個(gè)大型碳賬戶，那么工業(yè)和自然界排放的二氧化碳就是不斷入賬的碳源，而吸收二氧化碳的過(guò)程則是支出的碳匯。

所謂的“碳中和”，本質(zhì)上就是要求做到收支正負(fù)平衡，碳源（碳排放）=碳匯（碳吸收）。

按照這個(gè)邏輯，通向碳中和的路徑不止一條。如果人類一時(shí)難以減少碳排放源，那么不妨試試換一個(gè)思路，即在等式的右端——碳吸收上做文章。

但森林、海洋等天然碳匯的吸收能力和效果有限，想在短時(shí)間內(nèi)抵消掉快速增長(zhǎng)的二氧化碳排放量，需要借助技術(shù)和工程手段進(jìn)行干預(yù)，把多余的碳“捉”住并固定封存下來(lái)，從而減少大氣中的二氧化碳，直至中和凈零狀態(tài)——這就是CCUS能夠做到的事情。

拆解CCUS的概念可以看出，這是一項(xiàng)技術(shù)綜合體，全稱是Carbon Capture，Utilization and Storage，即碳捕集、利用與封存，整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈條涵蓋了二氧化碳的排放-捕集-運(yùn)輸-利用-封存，形成一套流程連續(xù)且完整的人工碳循環(huán)。

在整套流程中，碳捕集是首要環(huán)節(jié)。

在各類工業(yè)環(huán)境下，目前最先進(jìn)和被廣泛采用的碳捕集技術(shù)是化學(xué)吸附和物理分離，也就是利用二氧化碳和化學(xué)溶劑之間的反應(yīng)，或者是吸附劑、新型膜來(lái)抽離出二氧化碳。

這個(gè)環(huán)節(jié)通常發(fā)生在工業(yè)燃燒之后，在排放端加接一段裝置設(shè)備引導(dǎo)廢氣，再利用脫碳設(shè)施分離出二氧化碳。整個(gè)過(guò)程不需要推翻工廠的原有設(shè)備，只是進(jìn)行加裝改造即可。通常來(lái)說(shuō)，廢氣里的二氧化碳濃度越高，捕集的成本越低。

目前，直接從空氣中捕獲二氧化碳的項(xiàng)目，全球共有18個(gè)正在運(yùn)營(yíng)，全部集中在美國(guó)、加拿大和歐洲。

事實(shí)上，CCUS技術(shù)并不新鮮，甚至在三四十年前，就已經(jīng)出現(xiàn)。當(dāng)時(shí)，因?yàn)榉N種原因一直沒有得以大規(guī)模應(yīng)用。截至2021年，全球只有大約30個(gè)大型項(xiàng)目在運(yùn)行，每年鎖定約4000萬(wàn)噸二氧化碳，僅占全球排放量的0.1%。

直到近兩年，碳中和成為人類未來(lái)確定性最強(qiáng)的風(fēng)口信號(hào)，才讓CCUS技術(shù)站在了聚光燈下。

“發(fā)展CCUS技術(shù)是有效控制溫室氣體排放、實(shí)現(xiàn)降碳目標(biāo)的一項(xiàng)重要舉措”，中國(guó)華能集團(tuán)有限公司能源院副院長(zhǎng)王文生認(rèn)為。

為減碳而生，為啥一直被冷落

在“碳中和”這個(gè)龐大的敘事框架中，相較于電動(dòng)汽車、清潔能源、碳管理企服等一眾熱門綠色賽道，CCUS的確算不上一門顯學(xué)。

此前，CCUS一直是冷門方向，技術(shù)成本過(guò)于昂貴，也沒有明確的現(xiàn)實(shí)需求和應(yīng)用場(chǎng)景。所以在很長(zhǎng)時(shí)間里，CCUS技術(shù)都處在不溫不火、停滯不前的狀態(tài)。

在全球范圍，最早報(bào)道的大型CCUS項(xiàng)目是1972年美國(guó)建成的Terrell項(xiàng)目，二氧化碳捕集能力達(dá)40萬(wàn)-50萬(wàn)噸/年。隨后，1982年，美國(guó)俄克拉荷馬州又建成了Enid項(xiàng)目，通過(guò)化肥廠產(chǎn)生的二氧化碳進(jìn)行油田驅(qū)油，二氧化碳捕集能力達(dá)70萬(wàn)噸/年。

挪威也是較早開展二氧化碳捕集項(xiàng)目研究的國(guó)家之一。1996年，世界上第一個(gè)規(guī)模化的二氧化碳封存水層項(xiàng)目——挪威Sleipner項(xiàng)目誕生，但運(yùn)行下來(lái)反響平平。

進(jìn)入本世紀(jì)以來(lái)，二氧化碳捕集項(xiàng)目受到越來(lái)越多國(guó)家的重視。美國(guó)、加拿大、澳大利亞、日本及阿聯(lián)酋等國(guó)家加速推進(jìn)二氧化碳捕集項(xiàng)目的工業(yè)化。

2000年，美國(guó)與加拿大合作，在Weyburn油田注入Great Plain Sysfuels Plant和SaskPower電廠的二氧化碳，以提高瀕臨枯竭油田采油率，累計(jì)封存二氧化碳達(dá)2600多萬(wàn)噸。

2014年，加 拿 大SaskPower公 司 的Boundary Dam Power項(xiàng)目成為全球第一個(gè)成功應(yīng)用于發(fā)電廠的二氧化碳捕集項(xiàng)目。該項(xiàng)目將150MW燃煤發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的二氧化碳捕集后，一部分封存地下，一部分用于美國(guó)Weyburn油田驅(qū)油，二氧化碳捕集能力達(dá)100萬(wàn)噸/年。2019年，該項(xiàng)目捕集二氧化碳達(dá)61.6萬(wàn)噸。

2015年，加拿大Quest項(xiàng)目將合成原油制氫過(guò)程中產(chǎn)生的二氧化碳成功注入咸水層封存，每年二氧化碳捕集能力達(dá)100萬(wàn)噸。該項(xiàng)目是油砂行業(yè)第一個(gè)CCS項(xiàng)目，每年減少碳排放可達(dá)100萬(wàn)噸。目前，Quest項(xiàng)目是全球最大捕集二氧化碳并成功注入到地下的項(xiàng)目。

但這也并未從根本上扭轉(zhuǎn)CCUS的冷門處境?！耙?yàn)樗娴牟毁嶅X，很少有人愿意去做。”

近年來(lái)CCUS持續(xù)升溫，有可能會(huì)扭轉(zhuǎn)不溫不火的局面。今年4月，聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化專門委員會(huì)（IPCC）發(fā)布了一份《全球升溫1.5℃特別報(bào)告》，報(bào)告里提到要將全球升溫幅度控制在1.5℃，否則人類會(huì)面臨嚴(yán)峻的氣候危機(jī)，例如極端高溫會(huì)更頻繁地侵襲農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人體健康。

同時(shí)，該專委會(huì)明確表示，實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)意味著全球要去除百億噸量級(jí)的二氧化碳。

有需求，就有市場(chǎng)。專門為減碳而生的CCUS一下子火了起來(lái)。

有研究機(jī)構(gòu)預(yù)估，2022年全球碳捕集、利用和封存市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到29.815億美元。到2027年，市場(chǎng)規(guī)模將以19.93%的復(fù)合年增長(zhǎng)率增長(zhǎng)，達(dá)到74.1462億美元。

CCUS同時(shí)也引起了科技巨頭的興趣。馬斯克砸重金舉辦除碳大賽，比爾·蓋茨旗下的氣候基金投資碳捕集初創(chuàng)公司，數(shù)字支付平臺(tái)公司Stripe牽頭與Shopify、麥肯錫、Meta、谷歌等企業(yè)共同發(fā)起了總額9.25億美元的碳捕集Frontier基金項(xiàng)目等合作，設(shè)立碳捕集基金項(xiàng)目，金額總計(jì)超過(guò)12億美元。

氣候目標(biāo)疊加資本激勵(lì)，讓CCUS從過(guò)去的邊緣學(xué)科一躍成為時(shí)下的創(chuàng)投風(fēng)口。

中國(guó)的身影，從幕后走向中央

碳中和這把火，在全球燃起來(lái)，在中國(guó)更是爆起來(lái)。

為打好大氣污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)，早在2020年中國(guó)一年就減少二氧化碳排放量約17.9億噸。

2020年9月22日，習(xí)近平主席在第七十 五屆聯(lián)合國(guó)大會(huì)上鄭重宣布：中國(guó)將提高國(guó)家自主貢獻(xiàn)力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭(zhēng)于2030年前達(dá)到峰值，努力爭(zhēng)取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和。

而現(xiàn)實(shí)情況是，與發(fā)達(dá)國(guó)家實(shí)現(xiàn)碳中和有37-60年的過(guò)渡期相比，我國(guó)距離碳達(dá)峰不足10年，到達(dá)碳中和的過(guò)渡期只有30年時(shí)間，僅靠能源結(jié)構(gòu)調(diào)整、電氣化等如期實(shí)現(xiàn)“碳中和”并不容易。

與此同時(shí)，據(jù)中國(guó)工程院預(yù)測(cè)，2060年中國(guó)一次能源消費(fèi)量將達(dá)55.7億噸標(biāo)煤，其中化石能源消費(fèi)占比約26.8%，將產(chǎn)生27.1億噸的二氧化碳排放量。通過(guò)森林、草原、濕地等抵消16億-19億噸后，仍有10億噸左右的缺口。這個(gè)缺口如何才能填補(bǔ)？

目前來(lái)看，以CCUS為代表的人工減碳固碳技術(shù)，成為最有可能的候選。

正如清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院教授王燦所說(shuō)：“樂觀情景下，可再生能源未來(lái)全面替代化石能源，能源系統(tǒng)的碳排放量將非常小，可以用農(nóng)林碳匯抵消。那么，我們對(duì)CCUS的依賴將非常小。但還有另一種情景，考慮能源安全、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、擱淺資產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)、電網(wǎng)穩(wěn)定性要求等，未來(lái)還需要依賴一定的化石能源，此時(shí)，要實(shí)現(xiàn)碳中和就必須部署相應(yīng)規(guī)模的CCUS項(xiàng)目?！?/p>

既然缺口如此大，中國(guó)的“碳捕手”們能擔(dān)此重任嗎？答案是：能。業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，中國(guó)二氧化碳地質(zhì)封存的潛力巨大，且具備大規(guī)模捕集利用與封存的工程能力。

由生態(tài)環(huán)境部環(huán)境規(guī)劃院牽頭編寫的《中國(guó)二氧化碳捕集利用與封存（CCUS）年度報(bào)告（2021）》顯示，中國(guó)通過(guò)“用碳驅(qū)油”與“用碳換氣”技術(shù)，可分別封存二氧化碳約51億噸、90億噸，利用枯竭氣藏可封存約153億噸。

正是看到了“碳捕手”的可觀前景，CCUS行業(yè)也愈發(fā)受到重視。

2021年3月，《中華人民共和國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》發(fā)布。其中明確提出要開展CCUS重大項(xiàng)目示范，這是CCUS技術(shù)首次被納入國(guó)家五年規(guī)劃重要文件。

10月，在中共中央、國(guó)務(wù)院發(fā)布《關(guān)于完整準(zhǔn)確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達(dá)峰碳中和工作的意見》中，CCUS被列入實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的重要技術(shù)手段，并明確提出“推進(jìn)規(guī)模化碳捕集利用與封存技術(shù)研發(fā)、示范和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用”。

11月，國(guó)家發(fā)展改革委等部門下發(fā)的《“十四五”全國(guó)清潔生產(chǎn)推行方案》，明確提出“實(shí)施綠氫煉化、二氧化碳耦合制甲醇等降碳工程”。

從政策推出的過(guò)程可以發(fā)現(xiàn)，國(guó)家層面正在努力推動(dòng)CCUS相關(guān)政策的不斷細(xì)化落地。

進(jìn) 入2022年1月，國(guó) 家 能 源 局 發(fā) 布《“十四五”現(xiàn)代能源體系規(guī)劃》，也明確提出要瞄準(zhǔn)包括CCUS在內(nèi)的多項(xiàng)前沿領(lǐng)域，實(shí)施一批具有前瞻性、戰(zhàn)略性的國(guó)家重大科技示范項(xiàng)目；生態(tài)環(huán)境部等部門開展的氣候投融資工作，將CCUS納入了重要的氣候投融資方向；中國(guó)人民銀行推出的碳減排支持工具為CCUS提供了金融支持……

CCUS的身影，也頻頻出現(xiàn)在了地方政府的文件中。

《內(nèi)蒙古自治區(qū)“十四五”能源發(fā)展規(guī)劃》《廣東省能源發(fā)展“十四五”規(guī)劃》《重慶市戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展“十四五”規(guī)劃》《2022年陜西省生態(tài)環(huán)境工作要點(diǎn)》《天津市加快建立健全綠色低碳循環(huán)發(fā)展經(jīng)濟(jì)體系實(shí)施方案》等多個(gè)地方文件接連落地，均對(duì)支持CCUS在當(dāng)?shù)氐陌l(fā)展作出了部署規(guī)劃。一系列相關(guān)政策的出臺(tái)，發(fā)揮了導(dǎo)向作用，極大地提振了行業(yè)信心。