《直接空气捕获：实现净零的关键技术》-赛迪译丛.pdf

- 1 - 202!7“4# $27% ?@-./012ABCDE12F5 到2030年，直接空气捕获的二氧化碳可 9000 /年， 为7700 /年。到2040年， 将 到6.2 。 到2050年， 将 到9.8 。2020 2050年， 过直接空 气捕获将Æ 捕获 120 二氧化碳， 时ª 碳捕获 的11%。到2050年， 过直接空气捕获的二氧化碳将 碳排放 的13% Ł，其中64%的二氧化碳将Ø封存，并ˇ碳捕获ˇ封 存—生 能源技术Œ同作用，以平衡º ¥ 和“ æ 排放 ， 净零排放的能源ˆ˜。 到2050年，在直接空气捕获的二氧化碳中， 3.5 （ ı 的36%）二氧化碳，将ˇ 气 合，用 生产合成碳 燃料， łøœ空 用合成燃料， 将ß 年 Ł的œ空燃 料currency1 。œ空运输 仍ø˝碳 的›具 性的行 ，而 生物质 直接空气捕集 单位：百万吨 直接空气捕获 生物质 - 3 - 直接空气捕获技术将为œ空运输 提供为 ¯多的减排方案。 在净零展 中 大对直接空气捕获技术的部署，意味着 2020 2050年，平均每年currency1 30多个年捕获100 的直接 空气捕获 厂。 部署将取决 其成 竞争⁄，以 ¢碳能源和 ¶消耗品的可用性。到2050年，直接空气捕获10 二氧化 碳，currency1要消耗 6艾焦耳¢碳能源（ 2），其中 currency1热能 能源ıcurrency1 的90%。 627)*89:-./012A;?@AB （一）拓展直接空气捕获技术价值链 到2050年 到净零排放展 中 «想的直接空气捕获技术 部署 平æ常困难，但并æ¯能做到。 就currency1要在接下§的 年 ¿平均每年“ 8座产能为100 二氧化碳/年的大—直接空 气捕获 厂，在2030 2040年每年“ 50座大—直接空气捕获 厂，在2040 2050年每年“ 40座大—直接空气捕获 厂。 些 厂Œcurrency11700 3600 钢¥混凝·¥铜和铝，以 300 700 ˆ 剂和固ˆ吸附剂用化 品。直接空气捕获的 研发 作主要集中在二氧化碳 剂和吸附剂方 ， 的ø找到能 耗更¢的替代品。 ˆ直接空气捕获的大 部署可能 对 氧化 市场•成压⁄，而用 固ˆ直接空气捕获的胺吸附剂可由 - 9 - 氨和环氧乙烷生产。 净零展 ，到2050年，如每年要从大气中捕获近10 二氧化碳，可能currency1消耗 500 和 6艾焦耳能源。 » 2019年˛兰`年的能源†口ı 。假如能源`部§˚太 阳能光伏，则currency1要 2.3 平方公里的区 ，主要用 放 太阳 能电˚板。 （二）直接空气捕获技术的能源需求 直接空气捕获 厂的能源currency1 ¯ 作温 的˘˙巨大。从环 ¥层 ， 靠可ˆ生电⁄运行将æ常具 吸¿⁄。¨ 的 商用技术，电⁄ 能为钢铁行 和铝行 提供500℃多 的 作 温 。电煅烧虽¸ˇ在兴 ，但ø 仍ª 3 技术成 的 平，„ Łcurrency1 时¿¨能‡入大 的商 运行。 ， 多可ˆ生技术‹能›提供¢温（¢ 150℃），但¶用 中 温 艺的技术˘¸ł少。 固ˆ直接空气捕获技术可£用热 ¥地热¥太阳能¥生 质 燃料等多种可ˆ生能源供电。而对 ˆ直接空气捕获技术， 的 温要 Ł¯ 同 的 性， 其 能£用¢碳燃料， 例如，生 烷fi可ˆ生电解 。大— ˆ直接空气捕获 厂在 « 时均 £用 ¸气进行供热， currency1借助 « 可捕 获 ¸气燃烧过程中产生的二氧化碳。 种集成方‚在保 ˝碳 - 10 - 的同时，也大幅¡¢ 厂的 ˆ排放 。¸而，ƒ§ 种 提供 温能⁄的可ˆ生能源‹可能将 过程中的排放¡至接近 零，从而›大 地提升˝碳£⁄和 » 的 入§源。 进大 电煅烧技术的商 化，对实现 ˆ直接空气捕获 厂完 `˘靠可ˆ生能源进行运营而 ，æ常重要。 （三）脱碳的碳足迹和成本 作为 减 气fl变化的解决方案，¡¢直接空气捕获在“ «¥ ¥运营和 ª¿ 环¥ 成的˘˙，对 提升 技 术的价 至 重要。ˇø¨ 原„，除¢碳能源 ，利用 其—能源为直接空气捕获供电均 意 。 „ ，currency1要以生 ıª § 化直接空气捕获技术的˝碳 。但其 取决 多„”，如 ˜ 其 的fl ¥·地 „和利用的变 ，以 排放和˝碳的时 。 ， ˝碳技 术的大多 生 ıª 研究‹集中在碳捕获ˇ封存—生 能 源fi生 生产过程中的碳利用»。 少 生 ıª 可用 直接空气捕获。其中大多 研究均发现，直接空气捕获ˇ封存 ˝碳—技术， 利用¢碳能源为直接空气捕获供电时， 可 以实现减碳。对 ˘˙ ¸气和电 电⁄的直接空气捕获ˇ封存， ˝碳 ¡将 60% 对 利用 ¸气燃烧 热捕获二氧化碳， 且在¢£ 下，˝碳 ¡可 90%。对 ˘靠¢碳热源的直接 - 11 - 空气捕获ˇ封存，其生 ıª排放 在很大程 »取决 地电 的碳排放⁄ 。如 用¢碳fi 电⁄，˝碳 ¡将 97%。 ˝碳成 ¥着˝碳 ¡的提 而¡¢。 电⁄ 过电 提 供时，其碳排放⁄ 对›ƒ˝碳成 的˘˙›大，尤其ø 过 热 等电热技术产生热 时，其性能˜ 将取决 地气fl，就 技术成 6至11 的技术而 ，性能˜ 范 ø2.4至5.8。 ¡¢直接空气捕获ˇ封存 用能源的碳排放⁄ ， §的益ª可 ø 到 布‚和集中‚能源的˝碳。 （四）水和土地足迹 ˇ其—˝碳方法»比，直接空气捕获 厂的 和·地 §» 对 。¯过，它们可以˘˙直接空气捕获技术 其能源的fl 。 currency1 为“ 获⁄的«‹， ˆ直接空气捕获技术从大气 中捕获每 二氧化碳currency150 固ˆ直接空气捕获可以从空气 中提取 二氧化碳，从大气中捕获每 二氧化碳currency1˝›0.8 2 。»ficurrency1 范 在ł大程 »取决 直接空气捕获技术¥ ı 温 和湿 ，以 ˆ直接空气捕获 £用的 。 直接空气捕获的·地 §要少 其—˝碳方法的·地 §， 尤其øfl些˘靠生 质˝碳的方法。 › ，如每年从大气 中捕获100 二氧化碳， ˆ直接空气捕获 厂currency1要大 0.4 平方公里的·地，固ˆ直接空气捕获 厂currency1要1.2至1.7平方公 - 12 - 里的·地。»比 下， 兴的变电吸附（ESA-DAC）技术currency1要的 ·地 §可能 更少，每– 二氧化碳的捕获 currency10.02平方公 里的·地。 将成为变电吸附直接空气捕获的 §currency1。但 由 的技术成 太¢， 法 化对其进行大 部署的£ ⁄。对能源的fl 也 大幅 直接空气捕获的·地 §，地热 每年捕获每– 二氧化碳currency1要 1.5平方公里的·地，太阳 能光伏每年捕获每– 二氧化碳currency1要 23平方公里的·地。 C()*+,-./0DEFG （一）不同地区的捕获成本 直接空气捕获已在欧洲和†美进行 ‡范。 ˇ现 中·¥现 和 中二氧化碳输 和封存¨¶«‹Œ 的可能性， 个地区æ常¶合•‚更多的直接空气捕获«‹。 其—具 成 竞争⁄的地区还包括“†æ¥中„等具 可 ˆ生能源£⁄的地区，中„¥”»…等 ¸气价‰¢的地区，以 日 等对二氧化碳利用和碳循环经济 ⁄ 兴¿的地区。 在 些地区，直接空气捕获的成 · †（CAPEX） 以 能源和二氧化碳的价‰而 ¯同。要 到净零展 中的` ´直接空气捕获部署¡，· †要大幅下¡，ˇ2020年»比， 2030年下¡49% 65%，2050年下¡65% 80%。在地区方 ， - 13 - 由 原`料和´ 成 ł¢，中国¥中„¥”»…和†æ的· † 将¢ 欧洲和美国。 ¸气·源ˆ˜地区的 ¸气价‰ ¢ 欧洲和美国，而欧洲¥美国和日 的二氧化碳价‰ 其—地区。 些„”‹将 ¯，2020 2030年 过 直接空气捕获进行碳捕获的地区成 下¡31% 43%，2030 2050年下¡10% 24%。 在¯包˘碳价的 下， flƒ地区‹ 可能以¢ 100 美元/ 的价‰直接从空气中捕获二氧化碳，而中„地区的直接空 气捕获成 将¢ 50美元/ ， 要˙¨ ¢· †¥¢ ¸ 气和电⁄价‰等„”。巨大的可ˆ生能源£⁄以 ›fi的发电和 供热实用技术，可大幅¡¢直接空气捕获成 。到2050年，在碳 价 250美元/ 二氧化碳的 下，直接空气捕获在 由太 阳能光伏提供热⁄¥fi由˚地和¸» 电提供可ˆ生电⁄的地区 将实现˝利。 （二）能源需求 具 ł 可ˆ生能源£⁄的地方›¶合“«直接空气捕获 厂，尤其ø以˝碳为 ˛且具 大 二氧化碳封存£⁄的地方。 可ˆ生能源也具 ƒ程 的fl 性，¸而，可ˆ生能源发 电和供热能⁄¯能 ˇ，若完`˘靠可ˆ生能源，将 ¯直接空 气捕获 厂的利用¡¡¢。—能可以确保直接空气捕获 厂的 - 14 - 运营，但 ˜œ的· 成 。也可以 £用其—可ˆ生 能源为直接空气捕获供电，包括“地热和 ⁄发电¥生 烷和 光太阳能。 可ˆ生热⁄和电⁄的生产 „地区而 。假如某 地区 ł 的可ˆ生能源£⁄时，可 合·地利用 其变 等 多„” § ø ¶合对直接空气捕获进行大 部署，例如， 地区 的 市化程 如 ，以 ø 存在˚¸ ‹地¥生‰˜œ和¸ 保 区等。国际能源署在近ª 中指†， ⁄·源在 大多 ¸地区ł为ˆ˜，包括美国中部¥ 美洲 部地区¥ 国和 兰，太阳能·源在`´的 布ł为 ，例如，美国 部¥ Æ¥ 美洲„部¥中„和 大利ª„部地区。 将直接空气捕获«‹ˇ能›利用 热的现 ·产和¨¶«‹ fl 在 ，可以为直接空气捕获 厂提供Æ 个供电方案。 热的§源包括发电厂¥ 厂 ¥热电´产厂¥合成燃料生产和 化过程以 ŁØ。 Œ电º¥地热电º和 电º等也可为直接空气捕获供电。大 多 地热发电厂位 美国和 Æ的 ¸ 以 日 和 ， 多 ⁄发电厂位 美洲¥„欧/ª大˚和中国 部。Œ电º 主要位 美国„部¥欧洲¥中国„¸ 和日 。 （三）二氧化碳的利用与封存 - 15 - 从空气中捕获到二氧化碳–，可以将其封存在地下 以永久 清除，也可以进行直接fi¿接利用。 `´运营中的18座直接 空气捕获 厂中，只 座将二氧化碳封存在 æ 的场 ，其 16座‹ø 集二氧化碳供附近的 «‹利用。 ˝碳currency1要实现对二氧化碳的永久封存。大多 化二氧化 碳ß用‹ ¯二氧化碳›ƒ重 释放到大气中。但对二氧化碳 的利用仍将 § 的气fl 益，尤其ø ß用途 具 可扩展 性¥£用 ¢碳能源fi取代 生 ıª排放 更 的产品时。在 实现净零排放的˝碳 中，大气中的二氧化碳›ƒcurrency1要取代对 化石碳的£用。虽¸在»fi 下，利用二氧化碳可以 §气fl 益，但 法取代二氧化碳封存，而ø只能作为 。为实现 `´气fl ˛， 还currency1要在更大范 内进行技术部署。 国 际能源署的净零排放展 ，在捕获的 二氧化碳中，大 95% 的二氧化碳‹将Ø封存，而¯øØ利用。直接空气捕获的二氧化 碳可Ø封存在ı部 ˘ 层¥ ł的ø气œ以 包括玄武岩在 内的其—岩层中。在2050年， 过直接空气捕获可获⁄9.8 二氧化碳，其中6.3 二氧化碳将Ø永久封存，æ 的3.5 二氧化碳将Ø利用。 H(IJ)*+,-./0:; - 16 - （一）大力支持直接空气捕获技术 直接空气捕获技术在实现净零 ˛方 的重要作用Ø § 多的国ß 可，且获⁄‰ 和‡·。˚2020年初以§， 布 为直接空气捕获研发和部署提供的æ · 已 近40 美元， 直接空气捕获头部企 已筹集 1.25 美元的· 。 中 的直接空气捕获«‹Œ 9座。如 些 均ˇ常运营，到2030 年，直接空气捕获能⁄ 到300 二氧化碳 Ł， ø 捕获¡的380多倍，但 为净零展 currency1部署 平的 3.4%。 支持直接空气捕获的国家日益增多。¡先 直接空气捕获 研究¥开发¥‡范和部署的国ß和地区包括 拿大¥欧盟¥ 国 和美国。 大利ª¥日 ¥挪威等国也在积¸ 直接空气捕获 的发展。 直接空气捕获的私人投资日渐高涨。包括清洁技术 险‡· ¨ （Breakthrough Energy Ventures）¥Prelude 险‡·公司和¢ 碳· ¨ （Lower Carbon Capital）在内的各大 ‡ 构纷纷 ‡·初创—企 和已实现空气捕获二氧化碳的成 —企 。 些 私人‡·可 进大 的技术ß用，¡¢ 兴技术的 险，并可 在没 其—˝碳ˇ封存激励措‹的 下˘¸推‚直接空气捕 获技术的发展。ˇ 同时，开发和部署直接空气捕获技术的 — - 17 - 商 合作伙伴 ˜和协议也大 多。 （二）直接空气捕获的经营模式 通过高质量脱碳平衡排放。 § 多的‰府和企 布 净 零 ˛，成 的¢碳产品市场对˝碳解决方案的兴¿和currency1 也日 益 大。对 多企 而 ，要实现其气fl ˛，就currency1要 取某 种•‚的减排，以平衡碳排放。 ¨ 技术的˝碳方法‹ł为 昂†，但ø经 –， 质 的技术仍能吸¿企 进行£用。直 接空气捕获企 ˇ在 愿意 付ƒªº务费用的个人和企 提 供商 º务，替—们将二氧化碳从大气中清除并封存 地下。º 务的价‰ 购买的清除 ，从 600 到1000 美元/ 二氧化碳¯ 等，但并ƒ ł大 商 º易的价‰详 。 出售用于 用 的二氧化碳。大多 运营中的直接空 气捕获«‹‹ 过销售捕获的二氧化碳获⁄ 入，包括用 碳酸 饮料生产和大棚种植。 二氧化碳›主要的 ß用ø化肥生 产和提 石ø ¡，ƒ§的二氧化碳大 ß用 则ø化 品¥燃料和“ `料的生产。尽 其中 些用途可£二氧化碳Ø 封存，但其 大多 ‹ ¯二氧化碳在短ª内Ø释放到大气中。 原„，为实现净零 ˛，逐渐开始要 些ß用中 利用 的二氧化碳必须ø生 fiø从空气中捕获的。 ，挪威合成 燃料（ Norsk e-fuels）等众多公司ˇ在开发利用直接空气捕获二 - 18 - 氧化碳´成合成燃料的技术，但其 艺æ常昂†，成 ø化石燃 料的五倍以»。要 些燃料成¨实现商 化，currency1要进 的创 和‰ §¡¢成 。 （三）部署直接空气捕获技术的 大 1¥开展 化‡范 必须尽 开展直接空气捕获技术 化‡范，以减少ƒ§部 署和成 的¯确ƒ性。要 中的大— ‡入运营， 至 重要，„为其将为直接空气捕获技术和供ß链提供¨¶知识， 并为ƒ§的 铺平道 。´ƒ税 抵免等 针对性的‰ § 对直接空气捕获«‹的 ª‡·，包括提供“« 助 和运营 贴。还可以 过排放º易框架fi˚愿碳º易市场等市场 ´进 行 。 2¥ 进 ˆ价 链创 创 对¡¢直接空气捕获技术成 并 快其商 化ß用¸为 重要。直接空气捕获技术的§先创 currency1 包括“借助 兴的 技术以 能›在中¢温下ˆ生 剂的创 ，¡¢ 二氧化碳 currency1的能耗。在 ˆ直接空气捕获技术方 ，推进 程成 和市 场 以实现可ˆ生 温热能，›大 地提 ˝碳£⁄，并为 从 ¸气中捕获二氧化碳的« 提供替代方案。¡¢大 利用空气捕获二氧化碳的成 ， łø利用合成燃料实现成 ¡ - 19 - ¢。短ª内， 研发和部署 †，推‚国ß和`´层 直接空 气捕获技术创 至 重要。„ ，尽 ƒ必øæ 针对直接空气 捕获，但很多举措‹具 直接空气捕获技术和推‚¡¢成 的巨大£⁄。 3¥确ƒ和开发碳封存技术 直接空气捕获从大气中进行大 ˝碳的£⁄取决 地质封 存的开发和可用性。尽 `´封存的二氧化碳·源 供大 ， 但确ƒ¥ 和开发 ƒ二氧化碳封存场地可能就currency1要5 10年， 具ˆ取决 地„位 和现 的可用性。如¯能大幅 对二 氧化碳封存·源开发的‡·，封存能⁄可能 妨碍直接空气捕获 以 其—碳捕获¥碳利用ˇ碳封存ß用在净零 中的贡献。 在 多地区， łø地质·源ŁƒØ 开发的地区，各国 ‰府ß在确ƒ和开发二氧化碳封存技术方 发挥主 作用。‰ 重…将包括“在 的 下开发和发布二氧化碳封存地 集。美国地质 查局和能源部ˇ其— 构和‰府合作提供技术æ 知识，对二氧化碳封存·源进行 。为二氧化碳封存 » ¨¶«‹的商 性开发提供激励措‹，包括 过直接· fi 运营 。“立健`的法 法 框架，确保对二氧化碳封存场地 进行妥善fl 和运营，同时保 安`性 和二氧化碳的长ª封存。 4¥´ƒ国际 证和Œ算方法 - 20 - 为直接空气捕获´ƒ…健且透明的国际 证和Œ算方法至 重要， 将推‚直接空气捕获Ø‚入¯监 的碳市场，并为ˇ » 的减排和˝碳 ⁄«·。其中ß包括对直接空气捕获«‹进 行生 ıª 的 行方法，›好能› 地ˇ其—˝碳fl 进 行比ł。包括欧盟¥ 国和美国在内的 多国ß和地区‹已经 过 的国际倡议开始着手´ƒ直接空气捕获技术 证和Œ算˛ 准。协 些 作对 进各国和各地区 成 ¯至 重要。 但‰府¿气fl变化æ 委员 ›近提†的《国ß温室气ˆ清单指 》并ƒ包˘Œ算方法，„ 由直接空气捕获 §的碳 解fi碳 消除 ‹ 法 入国ß 中。 ø扩大直接空气捕获技术‡ · 的 个主要 碍。 5¥ 在净零 略中的作用 ¥着 § 多的国ß和企 开始承诺实现净零 ˛，决 « 转而 注如 将 些承诺转化为明确和可靠的‰ 行‚和 略。 currency1 为“， 少 国ß和企 ´ƒ 实现净零 ˛的详细 略 fi ，但 人‹ 着 个Œ同的 ¶问 ，就ø 些 略 在多大程 »currency1要˘˙˝碳方法以 直接减排。 从`´范 内§ ，˝碳 ¸将在实现净零 ˛»发挥重要 且¯可fi缺的作用。在国ßfi地区层 ，˝碳的作用将截¸¯同， „为各国 取¯同的 §实现净零排放，æ 排放 ˇ˝碳 - 21 - 的›ƒ平衡将取决 多种„”，包括从重…行 直接减排 的 和 ，到¨ ˚¸fi技术˝碳方法的成 和可用性。 6¥开展国际合作 对 直接空气捕获技术方 的国际合作，可 过Œ享知识和 减少重复研究 作§推‚快速部署并¡¢成 。国际合作还可以 进直接空气捕获技术生 ıª 方法的开发ˇ协 。国际能 源署等国际组织，以 “创 £ ”（Mission Innovation）组织提 †的˝碳£ ¥清洁能源部长 议碳捕获¥碳利用ˇ碳封存倡 议¥温室气ˆ研发技术合作 等倡议，可为知识Œ享和协作提 供重要平台。世 银行¥欧洲复兴开发银行和ª洲开发银行等国 际 融组织，可 各国的贡献和气fl ˛对 兴市场和发展中 经济ˆ直接空气捕获«‹的‡· 以 。 译自：Direct Air Capture: A key technology for net zero, April 202 by the International Energy Agency (IEA) 译文作者：工业和信息化部赛迪研究院 李丹 联系方式：13911410362 电子邮件：lidan@ccidthinktank.com - 23 - 编 辑 部：赛迪工业和信息化研究院 通讯地址：北京市海淀区紫竹院路66号赛迪大厦8层国际合作处 邮政编码：100048 联 系 人：蒯佳佳 联系电话：（010）88559658 18201126359 传 真：01088558833 网 址：www.cidgroup.com5 电子邮件：kjj@cidgroup.com 部 部 地方 和 化 部 部