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双碳目标下 不可或缺的CCUS为何发展缓慢

北极星大气网  来源:辰于公司    2021/5/17 11:04:03  我要投稿  
所属频道: 大气治理  关键词:CCUS 碳达峰 碳中和

北极星大气网讯:与发达国家相比,我国“碳中和”的时间安排更加紧凑。我国计划在2030年实现碳达计划峰,2060年实现碳中和,二者之间只有30年时间。以德国、法国、英国为代表的欧洲国家于上世纪 80 年代末、90 年代初已实现碳达峰,美国 2007 年实现碳达峰,日本2013 年实现碳达峰,距离 2050 年碳中和目标均有 37——60 年的过渡期(见图1):

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任务重

我国于2007年超过美国,成为二氧化碳排放第一大国,2019年二氧化碳排放量94亿吨,远高于同期美国的52亿吨和印度的26亿吨(如图2)。

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将30·60目标按部门进行分解可以看到,到2050年工业部门需减排68%、终端电气化率58%,建筑部门减排69%、终端电气化率64%,交通部门减排44%、终端电气化率25%,而电力部门则需减排80%以上,任务艰巨(见表1)。

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仅靠能源结构调整、电气化等实现双碳目标远远不够,CCUS因此变得不可或缺

仅靠能源结构调整、电气化等主要脱碳手段显然无法完成任务。当前,我国的碳排放主要来自电力、建筑、交通、工业四大部门,二氧化碳的产生来自一次能源的使用及工业生产过程(如图3)。

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针对各产生环节,有四大减排思路:

一是调整一次能源结构。用清洁能源代替传统煤电等化石能源发电,到2050年,预计煤炭发电占比将降至 9%,石油占比降至8%,天然气占比降至10%,非化石能源占比上升到73%。但结构调整存在一定限制,至2050年我国仍需保留400-700 GW煤电,承担基荷、调峰和供暖需求。

二是终端非电部门电气化。拥有清洁电源后,将终端非电力部门所使用的能源从化石燃料转向电力即可实现非电部门脱碳,预计2050年工业、建筑、交通部门电气化水平分别为58%、64%、25%。

三是提升工业生产能效。对工业内部进行结构优化和工艺革新,发展替代原料燃料技术等。例如,水泥生产过程中可以通过采用碳排放强度低的原料代替石灰质原料,包括电石渣、高炉矿渣、粉煤灰、钢渣等,降低二氧化碳的排放。

四是降低工业产品的需求量。伴随产业结构调整和产品质量升级,对高耗能产品的需求将持续下降。

综合各减排渠道,仍有30%左右的碳排放无法通过减排消除,除去自然碳汇后,有10-20亿吨的二氧化碳需人工处置,CCUS因此变得不可或缺(见图4)。

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CCUS(碳捕集利用与封存技术),被认为是最具潜力的前沿减排技术之一(见图5)。联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)第五次评估报告指出:如果没有CCUS,绝大多数气候模式都不能实现减排目标。更为关键的是,没有CCUS技术,减排成本将会成倍增加,估计增幅平均高达138%。

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近观我国,CCUS对实现30·60目标的必要性主要体现在三个方面:

从经济性看,我国依然存在一批建成时间较短的化石燃料发电厂,在中短期内将其中的大部分直接停用会造成较大的经济损失。使用CCUS技术进行改造,可以形成一段合理的缓冲期,理想情况下业主甚至能收回投资。

从灵活性看,CCUS技术使能源结构得以灵活调整。为达到碳中和目标,清洁能源比例需迅速上升,但其利用难度也更大,技术成熟度较低。在过渡期内,配备CCUS的发电厂则不必严格利用清洁能源,可以灵活调整一次能源的结构,确保电力系统稳定运行。

从有效性看,CCUS技术使净零排放的目标更加现实。能源结构的变革未必能做到极限,在减排目标未完成的情况下,实施额外的碳捕捉为碳中和目标提供有效保障。此外,CCUS与生物能源相结合,能够使发电过程产生负排放,对于一些成本较高或技术解决方案有限的部门,该技术能进一步抵消剩余排放。

辰于估计,到2050年,CCUS行业需累计投资3.2万亿以上,其中捕集环节需投资1.2万亿,运输环节需投资0.6万亿,封存环节需投资1.5万亿,与此同时,运营市场规模也将从2025年的217亿元提升至2050年的4600亿元。

不过国内CCUS发展面临四大困难,完全商业化尚需时间

当前,我国每年CCUS封存量仅为10——100万吨,远低于美国每年的2100万吨。截至2019年底,我国二氧化碳累积封存量200万吨,远低于美国的5800万吨(见表2)。

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国内CCUS发展之所以相对较慢,主要面临四大障碍:

法律法规不健全:从现有政策来看,国家对于发展CCUS持鼓励态度,但主要以宏观的引导和鼓励为主,并没有针对CCUS发展有具体财税支持。在示范项目的选址、建设、运营和地质利用与封存场地关闭及关闭后的环境风险评估、监控等方面同样缺乏相关的法律法规。

成本居高不下:当前技术条件下,CCUS的捕集和建运成本高昂,例如安装碳捕集装置,将产生额外的资本投入和运行维护成本;CO2目前输送主要以罐车为主,运输成本高,而CO2管网建设投入高、风险大,这也影响着CCUS技术的推广。

技术尚未完全成熟:我国CCUS全流程各类技术路线都分别开展了实验示范项目,但整体仍处于研发和实验阶段,而且项目及范围都太小。虽然新建项目和规模都在增加,但还缺少全流程一体、更大规模的可复制的经济效益明显的集成示范项目。

项目风险较大:CCUS捕集的是高浓度高压下的液态CO2,若在运输、注入和封存过程中发生泄漏,将对附近的生态环境造成影响,甚至危害人身安全。特别是地质复杂性及其带来的环境风险的不确定性,严重制约着政府和公众对CCUS的接受程度。这需要针对具体项目在环境监测、风险防控的过程中考虑全流程、全阶段来制定切实有效的方案。

综合考虑国内CCUS技术路线图和当前市场环境,辰于认为CCUS完全商业化应用可能要到2030年之后,相关企业需做好技术储备以及持续关注、投入的准备。

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