NC：直接空气捕获技术（DAC）发展政策路线图.doc

NC： 直 接 空 气 捕 获 技 术 （ DAC） 发 展 政 策 路 线 图 中 科 院 地 质 地 球 所 从 18世 纪 至 今 ， 大 气 中 CO2等 温 室 气 体 浓 度 逐 年 增 加 ， 致 使 温 室 效 应 加 剧 ， 深 刻 影 响 着 全 球 气 候 变 化 。 在 2016年 签 定 的 《 巴 黎 协 定 》 中 ， 制 定 了 在 21世 纪 末 全 球 平 均 气 温 升 幅 与 前 工 业 化 时 期 相 比 控 制 在 2℃ 以 内 的 目 标 , 且 力 争 控 制 在 1.5℃ 之 内 。 科 学 家 发 现 ， 要 实 现 1.5℃ 调 控 目 标 ， 必 须 采 取 负 排 放 措 施 （ Masson-Delmotte et al.， 2018） 。 在 此 背 景 下 ， 直 接 空 气 CO2捕 获 （ DAC） 技 术 的 大 规 模 应 用 对 于 气 候 调 控 具 有 重 要 意 义 。 近 期 ， 美 国 学 者 Meckling and Biber（ 2021） 对 DAC技 术 的 发 展 前 景 进 行 了 积 极 展 望 ， 并 在 已 有 低 碳 技 术 发 展 经 验 的 基 础 上 提 出 了 适 于 DAC发 展 的 政 策 路 线 图 。 为 了 减 缓 全 球 变 暖 ， 人 们 提 出 了 一 系 列 温 室 气 体 减 排 增 汇 技 术 ， 例 如 植 树 造 林 、 优 化 森 林 与 农 作 物 管 理 、 生 物 能 源 碳 捕 获 和 封 存 （ BE CCS） 、 电 力 和 工 业 来 源 碳 捕 获 和 封 存 /利 用 （ CCS/CCUS） 、 DAC及 其 封 存 或 利 用 （ DACS） （ 图 1） 。 这 些 方 法 都 有 其 自 身 局 限 性 ， 植 树 造 林 、 森 林 与 农 作 物 管 理 和 BECCS所 固 定 的 碳 可 能 并 不 稳 定 （ 土 地 利 用 和 气 候 变 化 可 以 导 致 这 些 碳 重 返 大 气 ） ， 而 且 这 些 项 目 的 建 设 均 会 受 到 土 地 供 应 的 限 制 ， 同 时 还 会 对 自 然 栖 息 地 、 农 田 与 粮 食 价 格 造 成 潜 在 影 响 ； CCS则 由 于 项 目 成 本 高 、 规 模 大 、 工 期 长 且 选 址 条 件 严 苛 等 问 题 而 不 易 广 泛 部 署 。 与 其 它 负 排 放 技 术 或 减 排 技 术 相 比 ， DAC具 有 多 种 优 势 。 首 先 ， 将 DAC与 地 质 封 存 技 术 结 合 ， 可 以 实 现 相 对 永 久 性 固 碳 ； 其 次 ， 建 设 DAC项 目 所 需 的 土 地 面 积 远 远 低 于 农 林 管 理 或 BE CCS， 而 且 DAC可 以 建 在 农 作 物 或 森 林 无 法 生 长 的 荒 漠 地 区 (可 能 会 受 到 基 础 设 施 与 DACS所 需 地 质 条 件 等 方 面 的 限 制 )； 再 次 ， DAC设 施 相 对 于 CCS一 般 较 小 ， 选 址 更 灵 活 ， 且 可 以 模 块 化 建 设 ， 即 一 个 大 型 DA C项 目 可 以 由 多 个 小 型 DAC单 元 组 成 。 可 见 ， DAC是 一 种 理 想 的 负 排 放 技 术 ， 但 目 前 仍 然 难 以 实 现 大 规 模 部 署 ， 主 要 原 因 在 于 ： 1） DAC成 本 非 常 高 ， 每 捕 获 一 吨 碳 需 100美 元 到 1000美 元 不 等 ， 显 著 高 于 全 球 碳 市 场 交 易 价 格 （ World Bank Group， 2019） ； 2） DAC的 产 品 （ CO2） 主 要 应 用 于 提 高 石 油 采 收 率 （ EOR） ， 即 把 CO2气 体 注 入 油 藏 中 来 提 高 石 油 产 量 ， 但 这 种 需 求 的 规 模 很 小 。 因 此 ， DAC技 术 的 推 广 仅 通 过 市 场 机 制 无 法 实 现 ， 还 需 依 靠 较 大 力 度 的 政 策 支 持 。 图1 CO2捕获、利用与封存（Meckling and Biber, 2021）。CO 2捕获有两种方式：对电厂或工厂排放的CO2进行捕获（CCS）和从空气 中直接捕获（DAC）。图中，“Sequestration”是指将CO 2注入地下深部岩层进行 长期封存；“Non-Oil & Gas use”包括化学加工、饮料添加和温室种植 本 文 通 过 对 现 有 主 要 低 碳 技 术 的 发 展 历 程 进 行 分 析 ， 发 现 要 实 现 某 种 低 碳 技 术 转 型 ， 关 键 在 于 制 定 并 执 行 合 理 的 政 策 序 列 （ policy sequencing） ， 即 在 初 始 阶 段 相 关 政 策 首 先 以 降 低 技 术 成 本 和 加 强 政 治 支 持 为 目 的 ， 后 续 逐 步 采 取 更 积 极 政 策 以 推 动 低 碳 技 术 的 持 续 发 展 。 具 体 来 说 ， 政 策 的 制 定 应 以 推 动 投 资 、 并 创 造 一 个 利 基 市 场 为 导 向 ， 这 样 便 可 以 促 进 新 技 术 和 新 产 业 的 出 现 ， 最 终 形 成 良 性 循 环 。 已 有 经 验 证 明 ， “财 政 激 励 +强 制 部 署 ”是 最 有 效 的 政 策 模 式 。 财 政 激 励 主 要 包 括 补 贴 和 退 税 两 种 方 式 ， 是 世 界 上 多 数 国 家 推 动 可 再 生 能 源 技 术 和 电 动 汽 车 部 署 所 采 取 的 重 要 措 施 。 相 比 之 下 ， 基 于 “碳 价 格 ”的 市 场 调 控 政 策 则 很 少 被 使 用 。 考 虑 到 DAC的 成 本 高 昂 ， 政 府 应 出 台 扶 持 力 度 更 大 的 财 政 措 施 ， 如 抵 免 税 收 、 加 强 信 贷 、 提 供 奖 励 等 。 但 是 推 行 激 励 措 施 会 给 政 府 部 门 带 来 沉 重 财 政 负 担 ， 继 而 引 发 政 治 压 力 ， 尤 其 是 随 着 部 署 规 模 的 不 断 增 大 ， 财 政 激 励 更 是 难 以 为 继 。 此 时 ， 通 过 发 布 行 政 指 令 推 行 强 制 部 署 则 是 保 障 低 碳 技 术 持 续 发 展 的 一 个 必 要 举 措 。 如 中 国 、 美 国 和 欧 盟 等 很 多 国 家 和 地 区 都 直 接 或 间 接 实 行 了 针 对 电 动 汽 车 、 可 再 生 能 源 等 低 碳 技 术 的 强 制 措 施 。 对 于 DAC的 强 制 部 署 可 分 为 两 种 方 式 ： 上 游 管 制 （ 石 油 和 天 然 气 公 司 化 石 燃 料 生 产 、 加 工 环 节 ） 和 下 游 管 制 （ 用 户 端 化 石 燃 料 购 买 、 使 用 环 节 ） 。 上 游 管 制 可 以 要 求 油 气 公 司 每 开 采 一 桶 石 油 必 须 捕 获 和 存 储 一 定 量 的 CO2， 这 种 方 式 易 于 执 行 和 监 管 ， 并 且 企 业 可 以 通 过 EO R提 高 石 油 产 量 而 获 得 经 济 效 益 。 上 游 管 制 措 施 有 利 于 DAC项 目 的 初 始 投 资 和 部 署 ， 但 仅 依 赖 这 种 方 式 也 难 以 实 现 DAC的 大 规 模 部 署 。 首 先 ， 上 游 管 制 只 能 适 用 于 石 油 出 产 国 或 地 区 ； 其 次 ， EOR在 提 高 石 油 产 量 的 同 时 ， 也 增 加 了 生 产 成 本 ， 企 业 能 否 持 续 部 署 DAC依 赖 于 投 入 与 产 出 之 间 的 平 衡 （ 受 油 价 、 成 本 、 政 策 等 因 素 影 响 ） 。 鉴 于 化 石 燃 料 消 费 的 普 遍 性 ， 下 游 监 管 措 施 几 乎 可 以 适 用 于 所 有 国 家 。 2009年 美 国 加 利 福 尼 亚 州 率 先 推 行 了 低 碳 燃 料 标 准 （ LCFS） ， 旨 在 降 低 交 通 运 输 燃 料 单 位 能 量 能 源 所 含 的 碳 强 度 ， 从 而 达 到 降 低 碳 排 放 的 目 的 。 标 准 执 行 者 （ 如 油 气 供 应 商 ） 可 以 通 过 技 术 创 新 、 降 低 燃 料 碳 强 度 方 式 、 也 可 以 通 过 购 买 低 碳 燃 料 （ 如 天 然 气 、 生 物 燃 料 等 ） 和 排 放 权 （ 或 使 用 以 前 积 累 的 排 放 权 ） 等 市 场 机 制 来 达 到 标 准 要 求 。 其 中 ， 部 署 DAC所 获 得 的 排 放 权 积 分 已 被 纳 入 该 低 碳 燃 料 标 准 的 考 核 体 系 。 目 前 ， 已 有 不 少 国 家 开 始 制 定 或 实 施 各 自 的 低 碳 燃 料 标 准 和 可 再 生 能 源 标 准 ， 这 些 标 准 可 借 鉴 上 述 做 法 ， 将 DAC纳 入 考 核 体 系 。 燃 料 标 准 在 执 行 过 程 中 可 以 逐 步 提 高 ， 比 如 从 低 碳 排 放 到 碳 中 性 再 到 碳 负 排 放 ， 持 续 向 石 油 和 天 然 气 行 业 施 加 压 力 ， 不 断 促 进 DAC的 创 新 与 发 展 。 石 油 与 天 然 气 行 业 为 推 动 DAC部 署 提 供 了 切 入 口 ， 但 任 何 企 业 ， 如 电 力 部 门 、 汽 车 制 造 商 等 都 应 被 鼓 励 参 与 DAC相 关 业 务 ， 允 许 其 由 此 所 获 得 的 碳 排 放 权 积 分 在 市 场 上 进 行 交 易 或 换 取 其 它 形 式 奖 励 （ 如 信 贷 ） ， 以 期 形 成 DAC发 展 的 市 场 竞 争 态 势 。 根 据 对 现 有 低 碳 技 术 发 展 过 程 的 观 察 ， 制 定 并 执 行 DAC激 励 措 施 一 般 不 会 有 较 大 的 政 治 障 碍 ， 而 要 推 行 强 制 政 策 往 往 会 面 临 诸 多 问 题 。 但 是 ， 只 有 通 过 强 制 部 署 才 能 有 效 地 为 DAC 发 展 创 造 市 场 机 制 , 迫 使 相 关 企 业 继 续 为 DAC进 行 投 资 ， 否 则 它 们 会 忽 视 或 拒 绝 。 在 国 际 层 面 ， 先 行 国 家 可 以 组 成 一 个 国 际 联 盟 (类 似 于 气 候 俱 乐 部 组 织 )， 各 成 员 就 制 定 低 碳 燃 料 标 准 、 强 制 部 署 政 策 和 监 管 措 施 等 签 订 协 议 ， 并 执 行 定 期 审 查 和 监 督 。 另 外 ， 除 了 “激 励 +强 制 ”政 策 ， 政 府 还 可 以 通 过 支 持 项 目 研 发 、 采 购 相 关 产 品 等 额 外 措 施 来 促 进 DAC的 发 展 。 为 保 障 低 碳 技 术 转 型 能 够 在 调 控 气 候 变 化 中 真 正 发 挥 作 用 ， 政 策 序 列 的 制 定 还 需 考 虑 先 行 者 如 何 影 响 跟 随 者 来 推 动 该 技 术 的 全 球 扩 散 。 通 过 对 建 筑 节 能 、 可 再 生 能 源 、 DAC、 电 动 汽 车 这 四 种 低 碳 技 术 各 自 对 市 场 的 依 赖 和 影 响 程 度 进 行 分 析 ， 发 现 它 们 的 全 球 扩 散 效 应 依 次 增 强 （ 图 2） 。 DAC技 术 的 全 球 扩 散 机 制 与 可 再 生 能 源 和 电 动 汽 车 相 似 ， 但 也 有 区 别 。 石 油 与 天 然 气 巨 头 作 为 DAC技 术 的 主 要 先 行 者 ， 除 了 可 以 通 过 示 范 作 用 和 降 低 成 本 来 影 响 跟 随 者 外 ， 还 可 以 快 速 实 现 知 识 与 技 术 的 跨 国 转 移 。 但 是 ， DAC并 不 属 于 石 油 企 业 的 核 心 技 术 ， 因 此 它 们 可 能 只 在 需 要 的 地 方 而 非 全 球 范 围 内 开 展 DAC项 目 。 相 比 之 下 ， 电 动 汽 车 技 术 则 可 以 通 过 市 场 扛 杆 实 现 快 速 的 全 球 转 移 ， 因 为 汽 车 制 造 商 通 常 在 全 球 范 围 内 研 发 和 制 造 新 型 产 品 ， 一 个 市 场 的 创 新 很 容 易 复 制 到 全 球 所 有 主 要 市 场 ； 电 力 公 司 作 为 可 再 生 能 源 先 行 者 ， 行 业 性 质 决 定 了 其 影 响 力 主 要 体 现 在 示 范 和 成 本 方 面 ， 而 向 他 国 市 场 扩 散 的 潜 力 有 限 。 综 上 所 述 ， DAC的 全 球 扩 散 不 能 依 赖 市 场 杠 杆 效 应 ， 而 应 通 过 持 续 的 “激 励 ＋ 强 制 ”政 策 促 进 DAC在 类 似 可 再 生 能 源 政 策 落 地 的 国 家 或 地 区 进 行 大 规 模 部 署 。 图2 建筑节能、可再生能源、DAC与电动汽车技术转型的全球扩散效应（Meckling and Biber, 2021）。在所有低碳技术转型中，先行者都可以对跟随者产生示范作用(demonstra tion effects)，通常还能降低跟随者的技术成本（ cost effects）；在某些情况下，先行者还可以通过企业杠杆（corporate leverage effects）和市场杠杆（ market leverage effects）带动跟随者参与新技术的全球扩散 本 研 究 认 为 大 规 模 部 署 DAC是 一 个 务 实 可 行 的 气 候 调 控 措 施 , 并 描 绘 了 一 个 比 较 清 晰 的 发 展 政 策 路 线 图 , 对 于 有 意 愿 布 局 DAC技 术 的 国 家 或 组 织 具 有 借 鉴 意 义 。 虽 然 目 前 DAC 的 发 展 仍 然 存 在 一 些 关 键 制 约 ， 面 临 一 定 程 度 的 不 确 定 性 ， 如 高 昂 的 成 本 、 可 扩 散 性 尚 未 得 到 证 明 以 及 潜 在 负 面 效 应 还 需 进 一 步 研 究 等 （ Fuss et al., 2018） ， 但 这 也 为 先 行 国 家 掌 握 最 成 熟 DAC技 术 、 拥 有 知 识 产 权 、 在 未 来 获 取 经 济 利 益 提 供 了 先 机 。 近 年 来 ， 欧 美 发 达 国 家 已 纷 纷 开 始 DA C技 术 的 研 发 、 示 范 和 商 业 化 （ National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine, 2019） 。 我 国 从 国 情 出 发 实 行 的 是 “节 能 减 碳 ， 能 源 转 型 ”为 核 心 的 低 碳 发 展 战 略 ， 对 DAC等 负 排 放 技 术 的 研 究 还 十 分 不 足 。 在 当 前 “ 碳 中 和 ”目 标 下 ， 我 国 应 尽 早 启 动 和 制 定 负 排 放 发 展 战 略 ， 加 强 相 关 技 术 的 创 新 和 储 备 ， 为 更 好 参 与 全 球 气 候 治 理 和 保 障 国 内 经 济 增 长 提 供 有 利 条 件 。 主 要 参 考 文 献 Fuss, S. et al. Negative emissions—Part 2: Costs, potentials and side effects[J]. Environmental Research Letters, 2018, 13: 063002. Masson-Delmotte V, Zhai P, Portner H O, et al. Global Warming of 1.5℃ (SR15)[R]. IPCC, 2018. Meckling J, Biber E. A policy roadmap for negative emissions using direct air capture[J]. Nature Communications, 2021, 12(1): 1-6. National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine. Negative Emissions Technologies and Reliable Sequestration: A Research Agenda[M]. Washington, DC: The National Academies Press， 2019. World Bank. State and Trends of Carbon Pricing[M]. Washington, DC: World Bank, 2020. 撰 稿 ： 武 恩 鹏 , 孙 会 国 /新 生 代 室