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负碳排CCUS技术的商业化前景与机遇

北极星大气网  来源:国泰君安产业观察  作者:宋亚楠  2021/5/28 9:55:20  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:摘要:气候变化是我们这个时代面临的一个重要的全球性挑战。为了应对这一问题,我国提出了2030碳达峰、2060碳中和的目标。CCUS作为一种适用于大型碳排放源的减排方案和唯一一个有机会实现负排放的技术手段,是全球气候解决方案的重要组成部分。虽然CCUS技术目前还没有完全成熟、成本较高,但与其他减排技术相比较,CCUS具有巨大的减排潜力,近年来逐渐体现出其重要性。

目前,CCUS技术处于不同的成熟水平。CO2捕集、运输、封存和利用中的几种技术已经大规模投入应用,包括化工业CO2捕集中的氨法物理吸收技术,燃料加工业CO2捕集中的天然气处理技术,CO2运输过程中的长途管道运输技术,CO2封存过程中的强化石油开采技术以及CO2利用过程中的尿素生产技术。但是其他技术仍需要更进一步的完善和开发,主要问题在于成本太高,不具备竞争性和推广能力。

中国目前在运行的CCUS项目有21个,每年捕集的CO2在百万吨量级。其中,中国石油吉林油田CO2-EOR项目、中国石油新疆油田CO2-EOR项目等都成功投入运行,具备示范作用。据预测,2030年CO2利用封存量计划将达到5000万吨/年,市场规模将突破千亿。

CCUS产业发展的驱动方式主要有政策驱动和资金驱动两种类型。政策驱动包括国家激励政策、强制性减排政策、逐步建立碳交易系统等,主要以宏观的引导和鼓励为主。资金驱动主要包括企业自筹和捐款,缺乏债务融资,但是目前也逐渐吸引到了市场化的PE/VC机构以及银行等传统金融机构的目光。

针对CCUS产业目前发展中遭遇的困境,政府应加快采取措施加大CCUS部署的力度,健全专项法规及财税支持,对减少的碳排放量进行明确定价,从而创造投资条件。同时,应鼓励技术的研发和创新,不断降低CCUS的成本,使其关键技术能够商业化。此外,资本端头部企业应率先支持科技创新和绿色技术,从而吸引更多的创新投资机构参与和支持绿色低碳科技发展,推动产业加速发展。

目录

一、CCUS概述

二、CCUS技术及其成熟度

三、市场规模

四、产业驱动力及商业模式

五、产业发展困境

六、三类企业最有可能参与到CCUS之中

七、主要结论

一、CCUS概述

1.1碳中和目标下CCUS的提出

气候变化是关系到人类生存的全球性挑战。2017年,全球陆地表面温度、海洋表面温度以及海冰融化面积都达到了已知的最高水平。如果气候变暖以目前的速度持续下去,将会给地球带来严重且不可逆的影响,世界各国必须采取快速、果断的措施来大幅减少温室气体的排放。

表1 全球各国(地区)CO2净零排放或碳中和目标

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资料来源:Climate News,国泰君安证券研究

联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)测算,若实现《巴黎协定》确定的2℃温控目标,全球必须在2050年达到CO2净零排放(又称“碳中和”),即企业或机构通过植树等方式抵消其CO2排放量;在2067年达到温室气体净零排放(又称“温室气体中和或气候中性”),即除CO2外,企业或机构通过植树等方式还应抵消其甲烷等温室气体排放量。

目前,全球有54个国家的碳排放实现达峰,其中大部分为发达国家。中国、新加坡、墨西哥等国家承诺在2030年前碳排放实现达峰。不丹、苏里南已经实现了碳中和,主要原因是两国工业发展相对较弱,碳排放量较低。当前英国、法国、瑞典等29个OECD国家通过征收碳税,提高碳基燃料的价格,促进企业和消费者更加节能以及转向使用清洁能源。

图1 各国积极参与碳中和

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资料来源:《碳中和行动的国际趋势分析》(刊载于《气候变化研究进展》)

中国作为当今世界第一大温室气体排放国,在减缓气候变化领域发挥着至关重要的作用。中国2017年排放CO2 97.5亿吨,占全球排放总量的以上;历史累计CO2排放量位列全球第二,仅次于美国。2020年9月,国家主席习近平在第七十五届联合国大会一般性辩论上宣布了“二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和”的目标。这一承诺表明了中国为全球应对气候变化做出重大贡献的决心。中国将在应对气候变化挑战中发挥全球领导作用,并将采取更有力的气候变化减缓行动实现经济增长和普惠繁荣。

碳中和目标是整体经济面临的挑战,需要各个经济部门(包括建筑、工业、交通、电力、农业和林业等)大规模减少CO2排放量,同时保障中国经济的健康发展。各个部门都将面临自己的机遇和挑战,并将遵循各自的碳中和时间表和减排目标。电力及供暖部门作为中国主要的CO2排放部门,大型CO2排放源多集中于此,每年排放超40亿吨的CO2。相较于建筑、交通部门等分散CO2排放源更加具备近期大幅减排的可行性,因此能源部门在减排规划中扮演着重要角色。CCUS作为一种适用于大型碳排放源的碳减排核心技术,可以对现有电力系统进行改造,从而起到减少碳排放的效果,近年来逐渐体现出其重要性。

表2 相对于2015年,不同模型下各部门CO2减排量

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资料来源:能源基金会《中国碳中和综合报告2020》

CCUS (Carbon Capture,Utilization and Storage) 即碳捕集、利用与封存技术,是指将CO2从排放源中分离后或直接加以利用或封存,以实现CO2减排的工业过程。它涉及从大型碳排放源捕集CO2的一系列技术,以及直接从大气中捕集CO2的技术。如果捕集到的CO2不在当地使用,将通过管道、轮船、铁路或卡车对其进行压缩和运输,以便于存储或者利用,利用方式包括CO2驱提高石油采收率、合成燃料或化学品等。

1.2CCUS是重要减排手段

中国严重依赖化石燃料发电,CO2封存潜力巨大,CCUS技术被公认为中国电力系统脱碳的重要技术选项。CCUS技术对能源转型具有重要意义,它为继续使用化石燃料提供可能,将煤炭淘汰的时间至少延长十年,从而缓解搁浅资产以及煤电转型引发的就业问题。根据能源基金会《中国碳中和综合报告2020》中的多模型比较分析,实现全球温升1.5℃的目标,需要在2040-2045年左右逐步淘汰未采用CCUS技术的常规燃煤电厂。而为了实现2℃的温控目标,则需要在2050-2055年淘汰未采用CCUS技术的常规燃煤电厂。

图2 1.5℃情景下中国传统煤电(左)和非化石能源发电(右)的占比

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资料来源:能源基金会《中国碳中和综合报告2020》

虽然CCUS技术目前还没有完全成熟、成本较高,但与其他减排技术(能效技术、风电、水电等)相比较,CCUS具有巨大的减排潜力。CCUS是实现减排目标过程中唯一一组既能直接减少关键领域碳排放,又能降低已有CO2浓度以平衡无法避免的碳排放的技术方案,其在技术成熟的前提下有可能实现近零排放,是全球气候解决方案的重要组成部分。政府间气候变化专门委员会(IPCC)第五次评估报告指出,如果不采用CCUS技术,绝大多数气候模式都不能实现减排目标;要实现本世纪末全球温升不超过2℃的减排目标,估计整体减排成本增幅将高达138%。通过采取CCUS与能效提升、终端节能、储能、氢能等多领域多技术的减排方案相结合,有助于获得最大成本效益。

如今,全球商业化的CCUS项目数量非常有限,远远达不到将全球碳排放带入可持续发展轨道的要求。但通过政策、投资和国际合作,全球各地的政府和企业都有能力推动CCUS进一步发展。

表3 CCUS技术与其他减排技术的比较

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资料来源:《中国CCUS技术发展趋势分析》(刊载于《中国电机工程学报》),国泰君安证券研究

1.3全球CCUS项目保持增长

CCUS项目建设加快步伐,模式仍待成熟。近十余年来,CCUS技术的进步主要体现在从捕集到利用再到封存各个产业链条的新技术不断涌现,技术种类亦不断增多并日趋完善。根据Global CCS Institute数据,2019年,大型CCUS项目数量增加到51个,其中19个项目已经运行,4个项目在建,其他28个项目还处于设计或开发阶段。过去的十年,全球CCUS运营的数量在不断增加。虽然在2010年至2017年期间在建项目有所减少,但是自2017年以来,CCUS行业仍总体保持增长势头,2019年全球CO2捕集和封存量已经接近100Mtpa。

图3 CCUS项目全球分布情况

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资料来源:Global CCS Institute

图4 2010-2019年全球CO2捕捉和储存情况

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资料来源:Global CCS Institute

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