二氧化碳移除（CDR）技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀、挑戰(zhàn)及建議

EnvironmentalDefenseFund二氧化碳移除11自第一次工業(yè)革命開始以來，全球大氣中的二氧化碳（CO2）濃度持續(xù)增加，極端愈發(fā)嚴(yán)峻的氣候變化危機(jī)。國際能源署（IEA）報告顯示，2024年全球排放的CO2約為378億噸，從1860年到2022年，CO2排放已導(dǎo)致全球升溫約1.2℃；作為全球最大的發(fā)展中國家，中國CO2排放量約占全球排放總量的30%，且主要集中在電力、鋼鐵、建筑等難減排行業(yè)。為有效減緩全球氣候變化并實現(xiàn)中國化專門委員會）認(rèn)為，CDR是實現(xiàn)CO2凈零排放的重要選擇，是減少大氣中CO2濃度的主要手段，也是航代化石燃料減排等根本性措施，需與其他減排行動協(xié)同推進(jìn)，從而最大化減少溫室氣體排放、提升碳匯能力及促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展。2010202020302040205020602070208020902100Note:StylisedpathwayshowingmultiplefunctionsofCDRindifferentphasesofambitiousmitigation:(1)furtherreducingnetCOzorGHGemissionlevelsinnear-term;(2)counterbalancingresidualemissionstohelpreachnetzeroCOzorGHGemissionsinthemid-term;(3)achieveandsustainnet-negativeCOzorGHGemissionsinthelong-term.本項目對比分析了國內(nèi)外CDR政策及標(biāo)準(zhǔn)，梳理了中國CDR主要機(jī)構(gòu)和公司；綜述了“雙碳”目標(biāo)下中國“工程CDR”技術(shù)關(guān)鍵材料及工藝的研究進(jìn)展，總結(jié)了國內(nèi)外主要運行的生物質(zhì)能碳捕集與封存22碳中和下的CDR技術(shù)>2移除在碳中和的定位2移除技術(shù)分類碳中和下的CDR技術(shù)>2移除技術(shù)內(nèi)涵CDR技術(shù)政策及標(biāo)準(zhǔn)>2移除技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)定制CDR技術(shù)政策及標(biāo)準(zhǔn)>生物質(zhì)能碳捕集與封存技術(shù)生物質(zhì)能碳捕集與封存技術(shù)CO2移除技術(shù)發(fā)展CO2移除技術(shù)發(fā)展生物質(zhì)高效轉(zhuǎn)化利用 >直接空氣捕集技術(shù)固體空氣捕集技術(shù)液體空氣捕集技術(shù)2移除技術(shù)源匯匹配 CDR技術(shù)發(fā)展 CDR技術(shù)發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)2移除技術(shù)環(huán)境影響2移除技術(shù)經(jīng)濟(jì)成本CDR作為一種負(fù)碳技術(shù)，是指直接從大氣中移除CO2并將其持一系列技術(shù)、實踐和方法，包括人為增強(qiáng)的生物、地球化學(xué)或化學(xué)，但不2移除。33直接空氣碳捕集與封存生物質(zhì)能碳捕集與封存直接空氣碳捕集與封存生物質(zhì)能碳捕集與封存基于自然的CDR基于自然的CDR2）造林/再造林巖石增強(qiáng)風(fēng)化礦化年/50～1003～6630～10005～11050～4000～1800800～2500/350～1400700～2400數(shù)據(jù)來源：IPCC.ClimateChange2022:MitigationofClimateChange44署多個BECCS項目。BECCS作為一種負(fù)碳技術(shù)，是指從生物能源設(shè)施中捕集CO2并隨后進(jìn)行地質(zhì)封存的國家層面的凈零承諾的推動下，BECCS的發(fā)展勢頭大幅增長，中國相較于美國、歐盟等國家或地區(qū)發(fā)展①生物質(zhì)原料通過光合作用從大氣中吸收CO2②生物質(zhì)能利用中排放CO2工業(yè)應(yīng)用工業(yè)應(yīng)用交通運輸2③捕集CO2并封存數(shù)據(jù)來源：翁小涵等.負(fù)碳排放技術(shù)研究現(xiàn)狀及進(jìn)展55研究裝置研發(fā)裝置研發(fā)BECCSBECCS示范示范商業(yè)化商業(yè)化僅有一些示范裝置，尚無具體落地的DACCS商業(yè)化項目。DACCS指利用吸附/吸收劑直接從空氣中捕集2，并將其長期封存或利用的技術(shù)，由DAC和CCS兩部分組成。DAC一般由空氣捕集模附劑再生模塊2部分組成（圖6從空氣中捕集CO2之后通過改變溫度、壓力或濕度進(jìn)行再生并解析高液態(tài)胺、氨基酸鹽溶液）和固體DAC（分子篩類（表2）。由于全球范圍內(nèi)多個國家的凈零承諾，近兩年DACCS項共有28個DAC工廠正在運行，其中大部分由瑞士Climeworks、加拿大CarbonEngineering及美國Global示范裝置，尚無落地的商業(yè)化DAC項目，國內(nèi)多家公司和科研機(jī)構(gòu)在DAC領(lǐng)域一直進(jìn)行理論研究和示范模有限，總運行捕集量約為0.01MtCO2/年，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于2030年DAC工廠總運行捕集量60MtCO2/年的預(yù)66 > >捕集2 > >吸收劑/吸附劑堿金屬性氫氧化物溶液氨基酸鹽溶液2易脫附出有機(jī)金屬材料2數(shù)據(jù)來源：廖昌建等.直接空氣捕集二氧化碳技術(shù)研究進(jìn)展中國能建上海成套公司劍橋大學(xué)上海交通大學(xué)7中國能建上海成套公司劍橋大學(xué)上海交通大學(xué)7研究研究浙江大學(xué)浙江大學(xué)裝置研發(fā)裝置研發(fā)示范示范上海交通大學(xué)能源研究院等上海交通大學(xué)能源研究院等商業(yè)化商業(yè)化黑鯨能源發(fā)展有限責(zé)任公司黑鯨能源發(fā)展有限責(zé)任公司高昂的成本是“工程CDR”應(yīng)用的最大阻力，建立合理的成本控制和風(fēng)險分擔(dān)機(jī)制刻不容緩。CDR的成本主要包括經(jīng)濟(jì)成本和環(huán)境成本，經(jīng)濟(jì)成本包括固定成本和運行成本，環(huán)境成本包括環(huán)境風(fēng)險與能眾多，不同技術(shù)間碳捕集與封存應(yīng)用成本差異較大，成本約為100~3000元/tCO2。對于DACCS技術(shù)，其成本亦要考慮DAC和CCS兩個環(huán)節(jié)，當(dāng)前使用DAC技術(shù)捕集一噸CO2的成本范圍為800~2400元，遠(yuǎn)高于6數(shù)據(jù)來源：IPCC.ClimateChange2022:MitigationofClimateChange數(shù)據(jù)來源：WilliamsonP.EmissionsReduction:ScrutinizeCORemovalMethods88行符合高效、低風(fēng)險的標(biāo)準(zhǔn)，在封存環(huán)節(jié)盡可能降低泄漏率，確保不會對生態(tài)系統(tǒng)識別BECCS與DACCS的技術(shù)成熟度(TRL)對其商業(yè)化水平的影響。BECCS的TRL分為生物質(zhì)利用的TRL和CCS的TRL。生物質(zhì)利用技術(shù)可按照加工過程或產(chǎn)品轉(zhuǎn)化劃分為不同成熟階段的技術(shù)類型（圖8.a其中生物質(zhì)發(fā)酵工廠已達(dá)到商業(yè)化應(yīng)用水平，生物質(zhì)制乙醇、生物質(zhì)燃燒發(fā)電和生物質(zhì)氣化已進(jìn)入不同成熟階段的技術(shù)類型（圖8.b其中液態(tài)DAC技術(shù)，堿金屬氫氧化物吸收CO2技術(shù)較為成熟，已達(dá)到較成熟，已達(dá)到商業(yè)化階段，金屬有機(jī)框架與變濕吸附劑則處于中試階段。此外，CC(a)生物質(zhì)技術(shù)成熟度(b)DAC技術(shù)成熟度注：概念設(shè)計(TRL1~2);基礎(chǔ)研究(TRL3~4);數(shù)據(jù)來源：桑樹勛等.生物質(zhì)能高效利用與二氧化碳捕集利用封存耦合技術(shù)體系(BECCS)的發(fā)展方向與研究進(jìn)展數(shù)據(jù)來源：王珺瑤等.直接空氣碳捕集技術(shù)生命周期評價的研究進(jìn)展及挑戰(zhàn)99提出源匯匹配關(guān)系是BECCS與DACCS技術(shù)推廣的重要約束條件。其主要考慮排放源和封存場地之間的地理位置關(guān)系與環(huán)境適宜性，即評估每個碳源是否有地質(zhì)條件合適且成本可行的CO2封存場地。BECCS技術(shù)的實施存在空間不匹配問題。中國擁有豐富的生物質(zhì)潛力及充足的碳封存空間，但生物質(zhì)來北及華北地區(qū)，生物質(zhì)電廠則主要分布在華東和華北地區(qū)，而碳封存點主要分布能耗關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)，加快形成難減排行業(yè)的CDR技術(shù)示范。加強(qiáng)前沿技術(shù)的交叉融合，通過微觀尺度上體燃料及化學(xué)品可持續(xù)綠色制造。加速突破高性價比的CO2吸收/吸附材料開發(fā)、大型反應(yīng)器設(shè)計等核心加大對CDR的政策支持。未來的政策體系中應(yīng)加大對CDR技術(shù)的重視，建立激勵機(jī)制，發(fā)揮市場作用，推動技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用。加速推動CDR商業(yè)化步伐，將CDR納入產(chǎn)業(yè)和技術(shù)發(fā)展目錄，充分借鑒國外CDR激勵政策，探索制定如減免采油特殊收益金、生物質(zhì)電廠優(yōu)先分配