雙碳目標下，不可或缺的CCUS為何發(fā)展緩慢
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作為溫室氣體排放第一大國，30·60目標任務艱巨
時間緊
與發(fā)達國家相比，我國“碳中和”的時間安排更加緊湊。我國計劃在2030年實現(xiàn)碳達計劃峰，2060年實現(xiàn)碳中和，二者之間只有30年時間。以德國、法國、英國為代表的歐洲國家于上世紀 80 年代末、90 年代初已實現(xiàn)碳達峰，美國 2007 年實現(xiàn)碳達峰，日本2013 年實現(xiàn)碳達峰，距離 2050 年碳中和目標均有 37~60 年的過渡期(見圖1)：
任務重
我國于2007年超過美國，成為二氧化碳排放第一大國，2019年二氧化碳排放量94億噸，遠高于同期美國的52億噸和印度的26億噸(如圖2)。
將30·60目標按部門進行分解可以看到，到2050年工業(yè)部門需減排68%、終端電氣化率58%，建筑部門減排69%、終端電氣化率64%，交通部門減排44%、終端電氣化率25%，而電力部門則需減排80%以上，任務艱巨(見表1)。
僅靠能源結構調整、電氣化等實現(xiàn)雙碳目標遠遠不夠，CCUS因此變得不可或缺
僅靠能源結構調整、電氣化等主要脫碳手段顯然無法完成任務。當前，我國的碳排放主要來自電力、建筑、交通、工業(yè)四大部門，二氧化碳的產生來自一次能源的使用及工業(yè)生產過程(如圖2)。針對各產生環(huán)節(jié)，有四大減排思路：
一是調整一次能源結構。用清潔能源代替?zhèn)鹘y(tǒng)煤電等化石能源發(fā)電，到2050年，預計煤炭發(fā)電占比將降至 9%，石油占比降至8%，天然氣占比降至10%，非化石能源占比上升到73%。但結構調整存在一定限制，至2050年我國仍需保留400-700 GW煤電，承擔基荷、調峰和供暖需求。
二是終端非電部門電氣化。擁有清潔電源后，將終端非電力部門所使用的能源從化石燃料轉向電力即可實現(xiàn)非電部門脫碳，預計2050年工業(yè)、建筑、交通部門電氣化水平分別為58%、64%、25%。
三是提升工業(yè)生產能效。對工業(yè)內部進行結構優(yōu)化和工藝革新，發(fā)展替代原料燃料技術等。例如，水泥生產過程中可以通過采用碳排放強度低的原料代替石灰質原料，包括電石渣、高爐礦渣、粉煤灰、鋼渣等，降低二氧化碳的排放。
四是降低工業(yè)產品的需求量。伴隨產業(yè)結構調整和產品質量升級，對高耗能產品的需求將持續(xù)下降。
綜合各減排渠道，仍有30%左右的碳排放無法通過減排消除，除去自然碳匯后，有10-20億噸的二氧化碳需人工處置，CCUS因此變得不可或缺(見圖4)。
CCUS(碳捕集利用與封存技術)，被認為是最具潛力的前沿減排技術之一(見圖5)。聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會(IPCC)第五次評估報告指出：如果沒有CCUS，絕大多數氣候模式都不能實現(xiàn)減排目標。更為關鍵的是，沒有CCUS技術，減排成本將會成倍增加，估計增幅平均高達138%。
近觀我國，CCUS對實現(xiàn)30·60目標的必要性主要體現(xiàn)在三個方面：
從經濟性看，我國依然存在一批建成時間較短的化石燃料發(fā)電廠，在中短期內將其中的大部分直接停用會造成較大的經濟損失。使用CCUS技術進行改造，可以形成一段合理的緩沖期，理想情況下業(yè)主甚至能收回投資。
從靈活性看，CCUS技術使能源結構得以靈活調整。為達到碳中和目標，清潔能源比例需迅速上升，但其利用難度也更大，技術成熟度較低。在過渡期內，配備CCUS的發(fā)電廠則不必嚴格利用清潔能源，可以靈活調整一次能源的結構，確保電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行。
從有效性看，CCUS技術使凈零排放的目標更加現(xiàn)實。能源結構的變革未必能做到極限，在減排目標未完成的情況下，實施額外的碳捕捉為碳中和目標提供有效保障。此外，CCUS與生物能源相結合，能夠使發(fā)電過程產生負排放，對于一些成本較高或技術解決方案有限的部門，該技術能進一步抵消剩余排放。
辰于估計，到2050年，CCUS行業(yè)需累計投資3.2萬億以上，其中捕集環(huán)節(jié)需投資1.2萬億，運輸環(huán)節(jié)需投資0.6萬億，封存環(huán)節(jié)需投資1.5萬億，與此同時，運營市場規(guī)模也將從2025年的217億元提升至2050年的4600億元。
不過國內CCUS發(fā)展面臨四大困難，完全商業(yè)化尚需時間
當前，我國每年CCUS封存量僅為10~100萬噸，遠低于美國每年的2100萬噸。截至2019年底，我國二氧化碳累積封存量200萬噸，遠低于美國的5800萬噸(見表2)。
國內CCUS發(fā)展之所以相對較慢，主要面臨四大障礙：
法律法規(guī)不健全：從現(xiàn)有政策來看，國家對于發(fā)展CCUS持鼓勵態(tài)度，但主要以宏觀的引導和鼓勵為主，并沒有針對CCUS發(fā)展有具體財稅支持。在示范項目的選址、建設、運營和地質利用與封存場地關閉及關閉后的環(huán)境風險評估、監(jiān)控等方面同樣缺乏相關的法律法規(guī)。
成本居高不下：當前技術條件下，CCUS的捕集和建運成本高昂，例如安裝碳捕集裝置，將產生額外的資本投入和運行維護成本；CO2目前輸送主要以罐車為主，運輸成本高，而CO2管網建設投入高、風險大，這也影響著CCUS技術的推廣。
技術尚未完全成熟：我國CCUS全流程各類技術路線都分別開展了實驗示范項目，但整體仍處于研發(fā)和實驗階段，而且項目及范圍都太小。雖然新建項目和規(guī)模都在增加，但還缺少全流程一體、更大規(guī)模的可復制的經濟效益明顯的集成示范項目。
項目風險較大：CCUS捕集的是高濃度高壓下的液態(tài)CO2，若在運輸、注入和封存過程中發(fā)生泄漏，將對附近的生態(tài)環(huán)境造成影響，甚至危害人身安全。特別是地質復雜性及其帶來的環(huán)境風險的不確定性，嚴重制約著政府和公眾對CCUS的接受程度。這需要針對具體項目在環(huán)境監(jiān)測、風險防控的過程中考慮全流程、全階段來制定切實有效的方案。
綜合考慮國內CCUS技術路線圖和當前市場環(huán)境，辰于認為CCUS完全商業(yè)化應用可能要到2030年之后，相關企業(yè)需做好技術儲備以及持續(xù)關注、投入的準備。
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本報告基于對CCUS行業(yè)的深入研究，結合辰于咨詢公司近期完成的相關咨詢項目經驗完成。
報告采集的數據截至2021年4月。
報告資料來源為國務院、生態(tài)環(huán)境部、各省政府信息公開、辰數(www.chenyudata.com)等。辰數致力于成為生態(tài)環(huán)境行業(yè)最好的數據平臺，為企業(yè)、政府、學校和專業(yè)機構提供最全最新最可信的環(huán)保數據與多元定制個性化的用戶服務，具有廣闊的應用場景與市場空間。
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三位作者誠摯感謝黃映嬌、鄭佳佳對本報告的貢獻。
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