每經記者｜張凌霄    每經編輯｜蘭素英    

過去一年，從高溫熱浪到暴雨洪水，全球多地遭遇罕見極端天氣，損失慘重。不少專家認為極端天氣的頻發主要是因為全球氣候的變化，而人類活動排放的溫室氣體則是導致氣候變化的主要原因。聯合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）近期發布的報告顯示，自1850-1900年以來，人類活動產生的溫室氣體排放造成了約1.1攝氏度的升溫，預計未來20年全球氣候的升溫幅度將達到或超過1.5攝氏度。

為應對日益嚴峻的全球氣候變化形勢，IPCC 呼吁各國減少碳排放并推動碳中和，力求實現二氧化碳的凈零排放。要實現這一目標，除大規模實施可再生能源替代以及挖掘可再生能源制氫等節能降碳技術的潛力外，還需要大力研發碳捕獲與碳封存（Carbon Capture and Storage, 以下簡稱CCS）以及零碳工業流程再造等技術。CCS指的是將工業生產、能源利用或大氣中的二氧化碳分離出來，并通過工程技術手段將捕獲到的二氧化碳注入深部地質儲層，使其與大氣長期隔絕，從而遏制氣候變暖的趨勢。

愛爾蘭市場研究機構Research and Markets發布的數據顯示，2020年，全球CCS市場規模預計達到約28億美元，2026年這一數字將達到49億美元。作為CCS價值鏈中非常重要的一環，碳捕獲可以多種方式進行，主要包括燃燒前捕獲、富氧捕獲、燃燒后捕獲以及直接空氣碳捕獲（DAC）。其中，DAC被部分科學家認為是抑制全球變暖的利器，在國際社會上的認可度日益提升。

2021年12月，硅谷技術“狂人”馬斯克在社交媒體上表示，旗下美國太空探索技術公司SpaceX正在啟動一項新計劃，準備從地球大氣中提取二氧化碳，并將其用作火箭燃料。他曾宣稱：“從長遠來看，使用太陽能從大氣中取出二氧化碳，并與水結合，能制造火箭使用的燃料和氧氣。”

就在數月前，號稱是全球目前規模最大的DAC工廠“奧卡”在冰島西南部投入運營。據報道，該工廠每年將能夠捕獲4000噸二氧化碳，大約是790輛乘用車一年的排放量，然后通過開創性的礦化過程將其永久存儲在地下。

如何在空氣中捕獲二氧化碳？捕獲到的二氧化碳會如何存儲和利用呢？CCS是否能有效遏制全球氣候變暖趨勢呢？市場前景有多大？距離規模化應用還有多遠？就此，《每日經濟新聞》（以下簡稱NBD）記者專訪到蘇格蘭碳捕獲與封存研究中心主任斯圖爾特•哈澤爾丁（Stuart Haszeldine）和英國碳捕獲與碳封存研究中心主任喬恩•吉賓斯（Jon Gibbins），探究CCS技術的發展現狀及應用潛力。

蘇格蘭碳捕獲與封存研究中心是英國最大的碳捕獲與碳封存技術實驗室，哈澤爾丁是全球最早一批開始研究碳捕獲與碳封存技術的學者之一。吉賓斯所在的英國碳捕獲與碳封存研究中心由英國工程和物理科學研究委員會（EPSRC）資助，是英國國家研究與創新署(UKRI)的能源項目的一部分。

 

空氣中捕碳，可行嗎？

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NBD：直接空氣碳捕獲（DAC）被認為是少有的可從大氣中去除二氧化碳的技術。您能否介紹一下這項技術，以及相比其他的碳捕獲技術，DAC技術具有什么樣的優勢？

斯圖爾特·哈澤爾丁：DAC技術是一種剛剛興起的二氧化碳捕獲技術，用于在正常空氣中提取出二氧化碳，凈化率可達到90%或更高，相關的技術創新和發展潛力巨大。DAC最重要的優勢是可以在世界上任何有能源供應和二氧化碳安全儲存場所的地方應用。

從二氧化碳的運輸和儲存來說，DAC所采用的方式與工業機構或發電廠非常相似，但由于DAC設施可以放置在靠近儲存點的位置，因此可最大程度地降低壓縮和運輸成本。

NBD：DAC的主要技術方式有哪些？

斯圖爾特·哈澤爾丁：目前，正在開發研究的DAC類型包括液體吸附法，吸附劑會以非常大的表面積接觸大氣；固體吸附劑，二氧化碳被吸附到多孔固體中，之后又被重新釋放出來；以及靜電吸附法，充滿二氧化碳的液體吸附劑可以通過短電荷被激活，這比加熱吸附劑消耗的能源要少得多。

NBD：能分析下這項技術的市場潛力嗎？

斯圖爾特·哈澤爾丁： DAC技術有很多潛在客戶，主要可分為三類：首先是精煉碳氫化合物的機構或是行業，他們的二氧化碳捕獲率需求為100%，而捕獲率在70-90%的時候，成本會很高，而DAC可以（作為補充）對剩余的二氧化碳進行二次捕獲；其次是擁有計算機服務器場的大型軟件公司或機構，由于他們會直接或間接排放二氧化碳，因此可聘請DAC運營商捕獲和儲存二氧化碳；第三類是希望捕獲二氧化碳進行循環再利用的機構，在循環經濟中，二氧化碳從大氣中回收，經過技術加工，可被制成甲烷或碳氫化合物，然后作為運輸燃料出售。

NBD：分析認為，該技術尚處于早期發展階段。您認為其當前面臨的主要挑戰是什么？

斯圖爾特·哈澤爾丁：DAC面臨的重大挑戰是如何消耗最少的能源或是以極低的成本來捕獲二氧化碳。

DAC通常是利用化學溶劑來捕獲二氧化碳，在捕獲過程中，需要能源來加熱溶劑以改變其化學狀態。與發電廠或工業應用中的碳捕獲和儲存相比，DAC需要消耗更多的能源，因為空氣中的二氧化碳濃度比煙氣或工業廢氣中的低。

“儲碳入地”，安全嗎？

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NBD：捕獲到的二氧化碳會如何進行封存呢？

斯圖爾特·哈澤爾丁：其實，碳封存技術（不包括二氧化碳分離和凈化）已經在世界范圍內被廣為應用。地質封存是最安全、最容易監測，同時也有助于減少氣候變化的長期封存二氧化碳的方法之一。

在自然環境中，火山活動產生的二氧化碳被天然地儲存在多孔的沉積巖中，在數百萬年甚至數千萬年的時間中一直被安全儲存著。

而在工業領域，1972年以來，為了提高石油采收率，石油工業已開始應用二氧化碳封存技術。從天然渠道或工業來源獲得的二氧化碳，可以通過管道輸送到水資源匱乏或原油粘度非常低的油田，將其注入油田中（讓石油體積膨脹），就可以有更多的石油被開采出來。由于石油產量增加能帶來很高的價值，所以這項活動可以創造很多的利潤，并且二氧化碳也能夠被封存進石油中。

但其中的難點在于把握可注入的二氧化碳量。監管機構可強制要求工廠在石油和天然氣開采完畢后，繼續將更多二氧化碳封存進開采完的油田和氣田中，不能任由石油公司單純以利益為考量來確定注入量。

NBD：長期的應用基礎是否意味著碳封存在技術上已經非常成熟？

斯圖爾特·哈澤爾丁：總體而言，我認為碳封存面臨的問題不是關于技術或監測，而是提升公眾、決策者、政治家和銀行投資者等對碳封存的認識，因為這項技術的應用已經達50年之久。

全世界有許多小規模和大規模碳封存測試的例子。目前，有100多個項目通過注入二氧化碳來回收石油，并將二氧化碳安全地儲存在了地下；有20多個項目以注入二氧化碳的方式實現碳封存，對修復環境，應對氣候變化做出了貢獻。

喬恩·吉賓斯：二氧化碳的地質封存在技術層面上已經被廣為了解，且已經發展到相對成熟的水平。但不可否認，地質封存還存在不可避免的不確定性，因為無法完全準確地探知地下巖石的特征情況，也就是說，難以確定某個特定場地可以儲存多少二氧化碳以及應以何種速度把二氧化碳注入到這個區域中。不過，鑒于大多數場地都設有多個密封的屏障，所以出現二氧化碳泄露的可能性不大。

CCS設施建設需因地制宜

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NBD：如今，CCS設施建設正在經歷飛躍性發展。數據顯示，2021年1月至11月底，已公布的CCS設施建設計劃就超過100個，管道工程項目的推進有望讓二氧化碳捕集能力翻兩番。從設施規模看，您認為CCS設施宜大還是宜小？

斯圖爾特·哈澤爾丁：CCS設施的規模最好以年處理量來定。

如果處理的氣體量非常大，每年總量達數百萬噸，那么建造和共享大型管道，且建造大型碳捕獲設施將二氧化碳從煉油廠、發電廠或制氫廠的大型工業設施中分離出來，運輸和儲存每噸二氧化碳的成本無疑會大大降低，因為一些碳捕獲過程需要加熱，而大型設備工作具有成規模的熱經濟性。當然，大型設備也有其缺點，即耗資巨大、施工時間長、操作靈活度相對低。

另一方面，在部分領域，小規模的二氧化碳分離已經得以實現并投入商用，例如利用變壓吸附法提純氫氣，使其變為純度大于99%的清潔氣體等。這些設備所處理的氣體量規模通常在每年數千噸的水平，而不是數百萬噸。因此，重要的是化學工程師們需要了解（設施在）純度和效率方面的需求。

NBD：CCS工廠應如何保證其捕獲的碳量多于自身運營中產生的碳量呢？

斯圖爾特·哈澤爾丁：DAC設備的目標是從二氧化碳濃度僅為 0.04%的大氣中捕獲和凈化二氧化碳，而工業領域的二氧化碳捕獲則是從更高濃度的混合物（二氧化碳含量為4%-15%）中分離出二氧化碳。這兩者都需要通過化學溶劑來實現，對于溶劑的選擇，一方面是需要對二氧化碳有強烈吸附力，另一方面是能夠用較少的能源釋放捕獲到的二氧化碳。

（在使用溶劑的前提下，）二氧化碳的解吸要通過加熱溶劑或在溶液中放出靜電脈沖等方法進行。因此，只要能源輸入過程是低碳的，整個碳捕獲過程就是高效的。

大規模商用還有多遠？

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NBD：實現低成本高效率的CCS一直被認為是業界難題。您認為如何才能有效降低成本？

斯圖爾特·哈澤爾丁：實際上，在歐洲，CCS的成本已經有了大幅降低，主要通過兩個路徑實現：一個是改進分離設備的設計和組成，碳捕獲是成本最高的環節，目前該環節的成本已經降低20%-50%；另一個是將來自多個源頭的二氧化碳聚合在一起，形成工業區二氧化碳排放者“集群”。這些工業區域的跨度為1-50公里，可以通過共享管道以較低的成本來輸送、壓縮和封存二氧化碳。

現在許多不同的項目有多個二氧化碳來源，并且能夠將二氧化碳封存在多個儲存點，大幅提高了捕獲、運輸和儲存二氧化碳的效率，商業項目所需價格也因此降低。

喬恩·吉賓斯：只要CCS被大規模應用，就可以有機會不斷從先前進行的項目中獲得經驗，然后將得到的經驗融入到現有電廠的改造和新電廠的建設中。

除通過提高產業規模和自然的市場競爭來降低成本外，政府可以鼓勵那些前期獲得大量政府補貼、較早開始運營的CCS工廠廣泛分享其獲得的相關知識，回饋社會，推動正在運營的工廠進行技術改進。

NBD：CCS技術在哪些領域的商用最值得期待？

斯圖爾特·哈澤爾丁：只要有買家購買二氧化碳，其所處的市場就是CCS被商用的領域。目前市場上有許多不同的二氧化碳來源、不同的碳捕獲類型、不同的二氧化碳價格。一些市場為二氧化碳買家提供了政策優惠，例如，加州低碳燃料標準（California Clean Fuel Standard）對長期儲存的每噸二氧化碳獎勵100美元以上，美國45Q稅收抵免計劃則為每噸二氧化碳提供 50 美元的獎勵金。

喬恩·吉賓斯：CCS技術可以應用在任何使用化石燃料或人為排放二氧化碳或其他溫室氣體的領域——CCS的目標就是從“減少”（二氧化碳）變為清零（二氧化碳）。因此，幾乎所有的人類商業活動都需要思考，未來應該如何最好地利用各種CCS方法。

NBD：您覺得在CCS的推廣和商業化過程中，政府應該扮演什么樣的角色？

斯圖爾特·哈澤爾丁：現在是時候從研究和計劃轉向實際應用了。關于這項技術的大量信息有助于為政府鼓勵和支持CCS的商業化提供參考。

英國愛丁堡和牛津大學的相關研究表明，以2050年實現凈零排放，履行“碳回收義務”為目標，從國家政策層面要求實行碳封存，是最可靠、最快速、最便宜的脫碳和發展二氧化碳封存技術的路徑。這將為二氧化碳創造更多的買家，并且比現下流行的碳稅或排放定價方法成本更低，也更公平。

喬恩·吉賓斯：政府能做的最重要的事情是支持大規模二氧化碳管道系統和地質封存場所的建設。這種基礎設施對CCS產業來說是至關重要的，但很難自行建設——就像公路、鐵路、電網、水、污水等基礎設施一樣。

對于DACCS（直接空氣碳捕獲和碳封存）而言，政府應支持企業或個人盡可能多地使用DACCS來間接捕獲排放的二氧化碳，同時要求企業為其他溫室氣體排放進行補償。這點至關重要，可以緩解氣候變暖趨勢。

另外，政府可以提供一些資金來幫助DAC的發展和監管（就像早期發展可再生能源一樣），當然也應該促進二氧化碳運輸與封存基礎設施的建設。

記者：張凌霄 

編輯：蘭素英

視覺：鄒利

排版：蘭素英 馬原