「捕碳利用」,碳中和風口最熱的「賠錢貨」

「捕碳利用」,碳中和風口最熱的「賠錢貨」

造富風口 or 燒錢機器,說的都是這同一件事。

作者 | 雪小頑

編輯 | 靖宇

在澳大利亞某所高校的實驗室裡,27 歲的博士生尹舟正對著一組由試管、儀表、線路等構成的試驗裝置,記錄下新的資料結果——簡單來說,他的目標是研究如何利用二氧化碳開採出更多的石油,同時將二氧化碳埋在地下。

用二氧化碳驅油的背後,是時下頗具話題度的負碳技術 CCUS——Carbon Capture,Utilization and Storage,即二氧化碳捕集、利用與封存。

事實上,這項技術並不新鮮,在國外已經有三四十年的歷史,卻一直處在水面之下。直到近年全球氣候議題再次被提上肉眼可見的日程,碳中和已然成為人類未來確定性最強的風口訊號,這給 CCUS 技術注入了新的動力。

CCUS 正經歷著自身週期中的高光時刻。

根據國際能源署(IEA)的資料,如今世界各地的 CCUS 設施,每年可以捕獲 4000 多萬噸二氧化碳,是全球能源轉型的四大關鍵支柱之一。

許多政企、資本也嗅到了機會,高頻加碼佈局,其中不乏比爾·蓋茨、馬斯克這樣的科技大佬重金押注,尤其是今年上半年的專案融資金額大都以億美元為單位。

那麼,CCUS 這項「玩轉」碳迴圈的技術究竟是怎麼一回事?當 CCUS 被寄予厚望,它的減碳 ROI 當真如想象般美好?它又能在多大程度上兌現承諾?

如同硬幣的一體兩面,熱捧之下,關於 CCUS 的質疑也從未停止。

01

去空氣裡「捉」點碳

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迴圈系統:源自工業廢氣和動植物呼吸產生的二氧化碳,一「出生」就會釋放到空氣中,這些二氧化碳之後會迎來不同的命運走向,一部分被森林和海洋吸收,剩下部分則留在空氣中。

如果把地球大氣層看作是一個大型碳賬戶,那麼工業和自然界排放二氧化碳就是入賬的「碳源」,而吸收二氧化碳的過程則是支出的「碳匯」。所謂的「碳中和」,本質上就是要求做到收支正負平衡,碳源(碳排放)=碳匯(碳吸收)。

按照這個邏輯,通向碳中和的路徑不止一條。如果人類一時難以減少碳排放源,那麼也可以試試換一個思路,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,想在短時間抵消掉快速增長的二氧化碳排放量,需要藉助技術和工程手段進行干預,把多餘的碳「捉」住並且固定封存下來,從而減少大氣中的二氧化碳,直至淨零狀態——這就是 CCUS 負碳技術希望做到的事情。

拆解 CCUS 的概念可以看出,這是一項技術綜合體,整個產業鏈條涵蓋了二氧化碳的排放-捕集-運輸-利用-封存,形成一套流程連續且完整的人工碳迴圈。

「捕碳利用」,碳中和風口最熱的「賠錢貨」

CCUS 產業鏈條。|來源:NIKKAN

•從上游環節來看,可以將電力、化工、水泥等高碳排行業作為源頭,利用專業裝置直接從這些工業生產活動中捕集新生的二氧化碳「增量」,或者,也可以去空氣中捕獲已有二氧化碳的「存量」。

•到中游環節,如果碳利用場景不在捕集現場,那麼被捕獲的二氧化碳將被液化壓縮,透過管道、船舶、罐車被運輸到利用點或者儲存地。其中,管道的運輸成本最低,但極大依賴基礎設施建設;罐車更適用於陸地短途,且能承載的二氧化碳運輸量較為受限;相比之下,二氧化碳航運更靈活,在運輸距離和運輸量上更具優勢,是日本、法國等許多國家正在著手佈局的重點。

•進入下游的利用和封存環節後,二氧化碳的實用價值會被開發出來,用不掉的會被封存在地質結構中,通常的選擇是廢棄的油氣藏或鹽鹼地。

在整套流程中,碳捕集是首要環節。

在各類工業環境下,目前最先進和被廣泛採用的碳捕獲技術是化學吸附和物理分離,也就是利用二氧化碳和化學溶劑之間的反應,或者是吸附劑、新型膜來抽離出二氧化碳。

這個環節通常發生在工業燃燒之後,在排放端加接一段裝置裝置引導廢氣,再利用脫碳設施分離出二氧化碳。

整個過程不需要推翻工廠的原有裝置,在此基礎上進行加裝改造即可。通常來說,廢氣裡的二氧化碳濃度越高,捕集的成本越低。

來自 IEA 的資料顯示,CCUS 設施每年在工業和能源轉型中可以捕獲近 4000 萬噸二氧化碳。

與盯住排放源頭相比,直接去空氣裡捉碳聽起來更「科幻」一些,卻正在真實發生。今年 4 月,總部位於瑞士的碳捕集初創公司 Climeworks 完成 6。5 億美元融資——這是碳捕集賽道歷史上金額最大的一筆融資,讓成立於 2017 年的 Climeworks 一躍成為行業明星。

Climeworks 在冰島設立了世界上最大的空氣捕集二氧化碳設施,並將提取出來的二氧化碳注入地下 1000 米的玄武岩中,永久轉化為礦物。

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Climeworks 的碳捕集裝置。|來源:Climeworks 官網

他們的一套裝置有兩個海運集裝箱那麼大,外觀看上去有一組圓形風扇。當風扇集體大規模轉動起來,空氣被採集到收集箱,其中的二氧化碳與裡面的化學品發生反應後留存下來,其他成分的氣體則返回大氣中。

目前,有 18 個直接從空氣中捕獲捕獲二氧化碳的專案正在加拿大、歐洲和美國運營。

03

碳中和燒來一把「新火」

在「碳中和」這個龐大的敘事框架中,相較於電動汽車、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。

尹舟最初注意到 CCUS,是在 8 年前。當時他正在讀大二,父親開始做與 CCUS 相關的工程,主要涉及上游的碳捕集。在尹舟看來,這件事「利國利民,非常有意義」,於是將自己接下來一路碩博的求學方向確定在 CCUS。

但在細分方向上,他研究的重點與父親從事的碳捕集有所不同,而是專注下游環節的碳利用與封存,再與石油專業結合起來,即如何利用二氧化碳來提高石油採收率(EOR)。

「七八年前,大家對 CCUS 並沒有那麼高的關注度,那時都是默默研究這件事,因為它確實不賺錢。」尹舟明顯感受到,CCUS 在近兩年「太火了」,迎來了行業春天。在他的觀察中,許多石油領域的微信公眾號開始頻繁推送 CCUS 相關的文章,業內也出現了很多深耕 CCUS 多年的專家和機構公開發聲,「這個現象還蠻有趣的」。

在當前這輪綠色環保浪潮之前,CCUS 一直是冷門方向,技術成本過於昂貴,也沒有明確的現實需求和應用場景。所以在很長時間裡,CCUS 技術都處在不溫不火、停滯不前的狀態。

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日本三菱造船公司的液化二氧化碳運輸示範試驗船概念圖。|來源:三菱重工

在全球範圍,第一個碳捕集專案誕生在 1996 年的挪威,是在海上天然氣設施上監測和儲存二氧化碳,但反響平平,沒有可觀的經濟價值出手刺激,單憑技術之力難以形成規模化效應。

從這個概念的內涵演變上也能印證這一點。起初,這套技術名叫碳捕集與封存,也就是 CCS,直到後來人們才發現,捕獲的二氧化碳可以作為工業原料,用來驅油、製造化學產品、輔助食品加工。這些應用場景的出現讓二氧化碳搖身一變成為了一種資源,人們看到了技術潛在的實用價值和經濟價值,原來的 CCS 也擴充套件成了 CCUS——「Utilization」成為技術落地轉化的支點。

但這也並未從根本上扭轉 CCUS 的冷門處境。「因為它真的不賺錢,很少有人願意去做。」尹舟告訴極客公園,在很多年前,CCUS 能真正賺錢的場景就是用來驅油,這是為數不多的可以看見經濟收益的地方。

CCUS 此番收穫熱度,聯合國氣候變化專門委員會(IPCC)釋出的《全球升溫 1。5℃特別報告》是一個重要契機。該報告指出要將全球升溫幅度控制在 1。5°C,否則人類會面臨嚴峻的氣候危機,例如極端高溫會更頻繁地侵襲農業生產和人體健康。

這個目標意味著全球還要去除百億噸量級的二氧化碳。各國的氣候政策都盯緊了二氧化碳排放,紛紛制定路線圖,但可以預測的是,單靠碳減排的話難以實現人類的氣候目標,一旦減碳能力見頂,只有藉助碳吸收來降低二氧化碳總量——負碳技術的受關注度逐漸上升。

CCUS 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捉初創公司,數字支付平臺公司 Stripe 與 Shopify、谷歌以及風投公司 Lowercarbon Capital 等合作,設立碳捕捉基金專案,金額總計超過 12 億美元。

氣候目標疊加資本激勵,讓 CCUS 從過去的邊緣學科躋身時下的創投風口。

行業火起來之後受到更多關注,聚集更多人和資源,「這是一件好事」。但尹舟也流露出了一絲擔憂:現在的情形和情緒更像是,如果你晚一步進場,就比別人落後了,很多人其實在盲目地做這件事,「這是一件壞事」。

03

技術美好,

但生意蹩腳

CCUS 的技術故事很性感,但商業現實卻是骨感。

「不賺錢」一直是導致 CCUS 難以出頭的最大「原罪」,在高成本和低收益之間,現實需求緊縮,CCUS 難以找到落地可行的商業化路徑,一時難以大規模商用。

CCUS 的「昂貴」貫穿於產業的全流程。根據《中國二氧化碳捕集利用與封存(CCUS)年度報告(2021)》公佈的資料,預計至 2030 年,二氧化碳的捕整合本為 90-390 元/噸,管道運輸成本為 0。7 元/( 噸·km),封存成本為 40-50 元/噸。

與此同時,有機構預測 2030 年中國碳市場價格大概在 139 元/噸。

這意味著,一套 CCUS 流程下來的減碳成本高於碳的市場價,需求方去市場上「買碳」反而更便宜。

這還不算專案前期的裝置改造、佔地成本等固定資金投入,以及技術執行環節中的能耗。一個來自中國 CCUS(2021)年度報告的資料是,一家鋼鐵廠安裝年產能為 10 萬噸的二氧化碳捕集和封存設施,成本約為 2700 萬美元。

北京航空航天大學經濟管理學院研究員朱磊在接受《能源高質量發展》雜誌採訪時介紹,按照現有技術,每封存 1 噸二氧化碳,需要耗費大約 300-500 度電。

如果按照 2021 年工業用電一般時段的平均費用標準 0。725 元/千瓦·時來計算,每封存 1 噸二氧化碳的價格成本,還要再加上 300 元左右。

在 CCUS 各環節中,碳捕集的成本佔比最高。根據中金髮布的研究報告測算,當前國內化工行業 CCS 技術的平均成本約為 403 元/噸,其中碳捕集、運輸、封存成本佔比分別為 56%、19%、24%。

國外 CCUS 發展同樣面臨著成本困境。根據經緯創投最近釋出的碳中和科創匯研究報告,在比較容易捕捉的工業場景中,比如天然氣加工、煤化工等,捕捉成本可以控制在 20-40 美元/噸的範圍內,而針對鋼鐵、水泥等低濃度二氧化碳排放源,捕捉成本通常會超過 60 美元/噸,特殊情況下甚至會超過 100 美元。

「捕碳利用」,碳中和風口最熱的「賠錢貨」

加拿大的 ACTL 碳運輸管道系統全長 240 公里,耗資 12 億美元。|來源:Canada Action

如果是從空氣中捕捉二氧化碳,造價更為昂貴。以 Climeworks 為例,它的碳捕集工廠 Orca 耗資 1500 萬美元,現階段每年可以捕獲 4000 噸二氧化碳,只相當於 250 名美國公民一年的碳排放量,但代價卻是 600-800 美元/噸的捕獲成本。

事實上,Climeworks 融資之後的商業化程序也並不順暢。據媒體報道,工廠僅兩個星期後就宣佈停工,官方解釋是「機器無法承受當地的嚴寒」。

導致 CCUS 難以跑通商業模式的原因還在於,整個產業鏈涵蓋多個上下游環節,產業鏈條長,涉及不同行業的企業間協調合作與利益分配,商業可行性取決於整個系統能否實現大規模產業化執行。

短期看來,CCUS 的確不是一門收入可觀的生意,但也有觀點認為,現階段的 CCUS 就像 10 多年前的光伏行業——成本高,但對行業長期有利,需要再多一點政策和資金支援,以及耐心。

未來,CCUS 成本的下降,或主要依賴技術突破性創新和規模效應。

無論如何,多一條路徑通往碳中和,總歸是好事。一個真問題在於,如何理性看待和發展 CCUS。

CCUS 更多是一種輔助性的兜底技術,尤其在清潔能源尚無法取代傳統化石能源的主導地位時,可以為碳減排爭取更多時間。但如果在減排源頭上掉以輕心,哪怕碳吸收的「最後一公里」跑得速度再快、姿勢再漂亮,也難以在規定時間衝破終點線。

(本文中,尹舟為化名)

*頭圖來源:國際能源署

本文為極客公園原創文章,轉載請聯絡極客君微信 geekparkGO

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