碳捕获、使用和储存 (CCUS)和在应对气候变化方面的作用

CCUS是指能够减少大型点源（例如发电厂、炼油厂和其他工业设施）的二氧化碳(CO₂)排放，或从大气中去除现有 CO 2的一套技术。

CCUS 有望在实现全球气候目标方面发挥关键作用。包括国际能源署 (IEA)、国际可再生能源署 (IRENA)、政府间气候变化专门委员会 (IPCC) 和彭博新能源财经 (BNEF) 在内的领先组织都制定了依赖快速扩张的长期能源展望CUS，以将全球温度上升限制在 1.5°C。

 

1.CCUS的运作方法

CCUS 应用包括三个阶段：CO2的捕获、运输和储存（或使用） 。捕集CO 2的主要方法有：后燃烧；预燃烧；和氧燃料燃烧?燃烧后技术在燃料燃烧后通过使用化学溶剂等方法将 CO 2从烟道气中分离出来。预燃烧方法涉及在燃料燃烧之前将燃料转化为由氢气和CO 2组成的气体混合物。一旦分离出 CO 2，剩余的富氢混合物就可以用作燃料。最后，全氧燃烧技术包括燃烧含有几乎纯氧的燃料以产生 CO 2 和蒸汽，释放的 CO 2随后被捕。

后燃烧和全氧燃烧设备可以安装到新工厂或改造到最初建造时没有它的现有设施。预燃烧方法需要对设施的操作进行较大的修改，因此更适合新工厂。

目前运行的配备CCUS的设施可以捕获烟气中约 90%?CO2。实现更高的捕获率在技术上是可能的，并且正在进行研究以降低这样做的成本。CO2也可以直接从大气?捕获通过使用风扇吸入空气并使其通过由固体吸附剂或液体溶剂组成的环境。这种做法更耗能，因此成本更高，因为 CO 2在大气中的浓度远低于烟道气中的浓度。

捕获CO 2后，将其压缩成液态并通过管道、轮船、铁路或公路罐车运输。然后可以将CO 2 注入深层地质构造，通常深度为 1 公里或更深，以永久储存在地质条件适合的枯竭油气藏、煤层或深层咸水层中。有证据表明?全球可用的地下储存量比实现气候目标实际需要的要多，而且几乎每个高排放国家都已经证明拥有自己的大量储存资源。

 

永久封存的替代方法是使用捕获的 CO 2作为商业产品和服务的输入，但这对气候的影响并不明确，需要仔细检查（下文进一步讨论）。

2.CCUS 在应对气候变化方面潜力；

CCUS 可以通过多种方式在全球脱碳工作中发挥战略作用。其中包括：

(1) 减少“难以减排”行业（特别难以脱碳的行业）的排放；

(2) 生产低碳电力和氢气，可用于各种活动的脱碳；

(3) 从大气中去除现有的CO2。

CCUS 的各种作用还有助于使能源供应更加多样化和灵活?进而促进能源安全，这已成为世界各国政府日益优先考虑的问题。

CCUS 在许多地区为许多难以减排的行业（包括钢铁和化工）的深度脱碳提供了最具成本效益的选择。此外，CCUS实际上是实现水泥生产深度减排的唯一技术选择，该行业的排放量几乎占世界? 。

作为以低碳方式生产电力和氢气的一种方式，CCUS 还可以促进更广泛的行业摆脱化石燃料。CCUS 可以安装在以煤炭、天然气、生物质或废物为燃料的发电厂中。产生的低碳电力可以替代化石燃料作为能源，包括个人交通、空间供暖和工业中低温和中温热的提取。同时，氢可以作为燃烧过程中化石燃料的更直接替代品，作为工业应用或长途运输的原料。

越来越多的证据表明，从大气中去除二氧化碳将有助于在全球范围内实现净零排放。最新的 IPCC 评估报告警告说，如果要实现净零排放，二氧化碳去除(CDR)技术的部署是“不可避免的”。然而，CDR应该用来补充而不是取代更广泛的碳减排行动。从大气中去除CO2的两种主要方法——带碳捕获和储存的生物能源 (BECCS) 和直接空气碳捕获和储存 (DACCS)——都与 CCUS 共享技术基础。DACCS 可以直接从大气中捕获 CO 2而 BECCS 可以产生 CO 2在生物质来源可持续的情况下按净去除。

 

3.全球CCUS发展现状

CCUS 的发展近年来取得了巨大的发展势头，这得益于气候目标的加强以及随后全球对该技术的政策支持的增加。2022 年，全球新增61 个 CCUS 设施?，使全球 CCUS 项目总数达到 30 个运行、11 个在建和 153 个开发中。美国的 CCUS 项目已经比其他任何国家都多其具有里程碑意义的 2022 年通货膨胀减少法案预计将在未来几年推动该技术的一步部署。

在欧洲包括英国、荷兰和挪威在内的国家/地区正在寻求在区域产业集群中发展 CCUS，其中多个排放者可以从共享的运输和存储基础设施中获得经济利益。

4.碳“使用”和它在适合应对气候变化方面的作用

使用（或利用）是指使用捕获的CO 2来生产商业上适销对路的产品或服务。一旦考虑了间接影响和其他影响， CO 2 的使用不一定会减少排放量或带来净化气候效益。例如，提高石油采收率 (EOR) 将 CO 2注入油气藏以增加开采，是最著名的 CO 2使用形式之一，已经使用了几十年。随着 CCUS 越来越多地寻求其脱碳潜力，目前全球正在建设或高级开发中的大多数项目都用于专门储存 CO 而不是 EOR。虽然 EOR可以大规模利用和储存 CO 2 ，但它可能不会产生任何净气候效益，甚至在考虑使用从该过程中提取的石油时甚至可能是有害的。迄今为止，在大多数商业应用中——包括 EOR、化肥生产、食品和饮料生产以及制冷——CO 2直接使用?有经过化学改变。涉及通过化学和生物过程将 CO 2转化为有用产品（例如建筑材料和塑料）的应用还有待进一步开发。

在生命周期的基础上评估 CO 2使用对气候的影响至关重要，同时考虑 CO 2的来源和最终用途。例如，使用从化石燃料来源捕获的 CO 2与使用直接从空气中捕获的CO 2对大气中的整体“碳预算”的影响不同。即使我们只考虑提供净气候效益的 CO 2使用领域，需要通过 CCUS 捕获以实现大规模减排的 CO 2量也远大于当前?CO 2使用市场。预计市场不会增长?基本上在短期内。因此，虽然 CO 2的使用是进一步调查的重要领域，但当前的重点至少需要放在确保捕获的 CO 2的永久储存上。

5.CCUS 的主要问题

 

高成本可能是 CCUS 最常被提及的缺点。CCUS 设施的部署和运营都需要大量资金，因此在能源成本高的情况下，它们的成本尤其高。CCUS 运营的技术性能存在风险和不确定性。然而，鉴于气候目标日益紧缩和碳价格上涨，减少排放并非可有可无。因此，应该将 CCUS 的成本和风险与其他脱碳途径进行比较，而不是与“什么都不做”进行比较。限制 CCUS 的可用性实际上可能会增加?。例如，加入 CO 2捕集到钢铁生产中估计成本增加不到10%?但与传统生产方法相比，基于可再生能源生产的氢气的方法可使成本增加 35-70%。

随着市场的扩大和技术的发展，CCUS 的成本将继续下降。 例如，从该行业的第一个到第二个大型 CCUS 设施，发电中 CO2 捕获的成本降低了35 % 。还需要根据更广泛的经济效益来评估成本。值得注意的是，CCUS 可以让能源密集型行业以净零合规的方式继续运营，从而防止它们支持的许多工作岗位和资产陷入困境。

CO 2 从储存地点泄漏可能导致环境破坏和预期减排量的逆转。然而，针对项目选择、管理和监测存储地点的严格规定已经到位并正在制定中。另外，许多正在考虑的潜在储存地点都是众所周知的地?质构造，这些地质构造已经自然储存了数百万年的气体和二氧化碳，这意味着总体泄漏风险相对较小?