DNV关于碳捕获与存储（CCS）技术的介绍

前言

IPCC和 IEA 强调，大规模采用碳捕获与存储 (CCS) 技术是实现《巴黎协定》气候目标的必要一环。尽管 CCS 长期以来一直被认为是一种不成熟、有风险的方法，会分散人们对其他“更好的”脱碳途径的注意力，但今天我们看到，随着该技术成为实现净负排放和向净零排放未来过渡的有效工具，人们对其重新产生了兴趣。

各国政府正在实施更有效的气候政策，利益相关者也在向企业施压，要求减少排放。作为回应，DNV 看到商业 CCS 项目的公告和投资显著增加，特别是在工业部门（如石油和天然气、钢铁、水泥和垃圾焚烧发电），他们在近期内减少大量 CO2 排放的技术替代方案有限。

2020 年，全球有26 个商业级 CCS 设施在运营，捕获近 40 MtCO2。最新的“2050 IEA 净零排放”方案要求到2030 年全球捕获约 1.6 GtCO2/年，到 2050 年捕获约 7.6 GtCO2/年。IEA 预测未来 5 年将略有增长，并在接下来的 25 年快速扩张。

DNV还预测，由于欧洲的碳价格上涨，CCS在未来30 年内将大规模扩展。但是，由于中国和印度等高度工业化国家的竞争性碳价格预计不会在2035年前出现，DNV预测与IEA长期方案相比，规模扩大较为有限。DNV估计，到2050年，CCS将仅占约2.2GtCO2/年。

工业CO2捕获

任何大型 CCS 项目首先都是从工业设施中捕获 CO2。成熟的 CO2 捕获技术可将 CCS 应用于几乎所有行业，但近年来，我们看到CCS 的重点已从化石燃料发电领域转移到水泥、钢铁、炼油、氢气和氨气等主要行业。

从气体排放流中去除 CO2最成熟的方法是在周期性的吸附-脱附循环中使用化学或物理溶剂进行分离。在这些方法中，胺基溶剂最为常见。在未来十年内，我们预计将看到更多的CO2 去除技术成功进行商业示范。其中包括用于化学分离的高级溶剂、使用固体吸附剂的吸附/脱附循环、用于燃气发电的超临界CO2 循环（如 Allam 动力循环）以及用于水泥生产的间接煅烧。

目前各行业的 CO2捕获成本差异很大，从每吨CO2 15 到 125美元不等，但预计会有所下降。最大的节省可能来自：

1) 项目复制和规模经济；

2) 工艺改进以及 ；

3) 技术提供商之间的竞争加剧。

该技术的广泛应用对于大幅降低成本至关重要，而碳价格的上涨将进一步加强发展。

负排放CCS

负排放技术 (NET) 将抵消难以脱碳行业的排放，并在恢复大气碳预算方面发挥重要作用。负排放可通过生物质能结合碳捕捉与封存 (BECCS) 或直接空气捕获 (DAC) 结合地质存储来实现。在“2050 IEA 净零排放”方案中，到 2050 年，BECCS 和 DAC 需要捕获和地质存储约1.9 GtCO2/年。

BECCS 从生物质能源发电过程（如发电和供热或生物燃料生产）中捕获 CO2，并将其地质存储。许多拥有碳输送和存储基础设施的生物能源发电厂可通过BECCS 进行改造，它采用成熟的生物能源和生物燃料技术，并能使用与化石燃料资产相同的 CO2 捕获技术。IPCCSR15 报告强调了 BECCS 在实现气候目标方面的作用，即到2030 年封存约 1 GtCO2/年，到 2050 年封存约 8 GtCO2/年。目前，全球有五个运营的 BECCS 设施，每年共捕获 1.5MtCO2。其中最大的是美国伊利诺伊州工业CCS 设施，该设施每年可从其生物乙醇工艺中捕获高达 1 MtCO2。BECCS 的大规模部署需要可持续的生物原料供应链和类似的CCS 大规模部署。利用当前的技术和即将到来的 CCS 基础设施，可迅速扩大规模。

DAC 是一套直接从大气中去除 CO2 的技术。为了实现负排放，DAC 必须与永久性 CO2 存储相结合。与工业烟气中的CO2 浓度 (5-30%vol) 相比，环境空气中的 CO2 浓度相对较低 (0.04%vol)，这对 DAC 来说是一个巨大的挑战；较低的浓度需要更大的装置和更高的能源成本。

如今，BECCS 技术能够以比 DAC 更低的成本和更大的单设施处理量实现负排放。通过 BECCS 捕获 CO2 的成本低至 25 美元/tCO2（尽管某些工业流程的成本可能是其三倍），单个设施可捕获的量高达1MtCO2/年。相比之下，通过DAC 捕获 CO2 的成本高达 600 美元/ tCO2，而目前最大的 DAC 设施每年仅捕获约 4 ktCO2。这使得 BECCS 在经济上对希望抵消其排放的投资者更具吸引力。考虑到这一点，DNV 预计 BECCS 将在短期内成为主要的 NET 技术。

CO2输送和存储基础设施

将 CO2 源连接到永久地质存储地点是 CCS 链的重要组成部分。今天，CO2主要通过管道输送，但船舶和卡车运输也是一种选择。使用船舶运输的灵活CCS 基础设施可适应未来的捕获项目和存储地点。对于负担不起专用管道的小型 CO2源，船舶也更适合。

研究已经在世界范围内确定了许多合适和安全的 CO2地质存储地点。但这些地点也必须靠近捕获厂，而存储地点的标识、评估和许可需要长达10 年的时间。因此，CCS 基础设施的短期（如 2030 年）将发展主要发生在已专门制定法规的地区（北欧、北美、澳大利亚）。

图2  不同工业设施和电力生产的碳捕获、管道 和船舶运输以及 CO2地质存储的示意图。图片来自 Longship - 碳捕获与存储白皮书 （挪威石油和能源部，2020 年），最初来自 Gassnova。

在荷兰、挪威、英国和意大利等国家靠近尚在开发中的存储地点的工业化地区建立CO2 输送枢纽，将使工业集群能够共享输送和存储基础设施，减少成本和交付周期，从而加快大规模发展 CCS。挪威的 Longship项目是一个公私合作项目，涵盖Equinor、Total 和 Shell 等重量级企业，是目前正在建设的一个最大的 CCS 基础设施。

如果融资成功，Longship 将首先把从垃圾焚烧发电和水泥设施中捕获的 CO2运送到海上盐层中存储。然后将新的CO2 捕获地点连接到该基础设施，以扩大处理能力。DNV 估计，随着 CCS 从每年 0.8MtCO2扩大到每年 10 MtCO2，该价值链的成本将下降50% 以上。

CO2捕获和利用

碳捕获与利用 (CCU) 涵盖将捕获的 CO2 用于各种用途的技术，如合成燃料和化学产品、混凝土养护和藻类。在最终产品中永久捕获 CO2 有可能对气候变化产生积极影响。但是，不能永久从大气中去除CO2 或只是在有限的时间内去除的方法（例如利用 CO2作为化石燃料的替代碳源）作为气候缓解措施的效果有限。

在大规模部署 CCU 技术的同时，必须对利用过程的碳足迹进行仔细和彻底的生命周期评估。尽管 CCU 可创造循环碳经济并减少对化石燃料的依赖，但短期内扩大规模的潜力受到经济条件限制（例如，与标准产品相比，CO2 衍生产品的成本更高），而且可在单个设施处理高达ktCO2 或 MtCO2 的大批量转化技术的可用性有限也形成约束。

CO2 捕获技术已经成熟，在商业上可用于所有工业部门的大型项目。在未来十年内，更多的捕获工艺将达到商业成熟度。捕获成本，而不是技术，仍然是CCS 实施的主要限制。

建设输送基础设施和确定存储地点是实现 CCS 的关键。预计未来几年，CCS 价值链的发展主要在欧洲，欧洲已专门制定针对CO2 存储的法规，并出台了有利的财政和政治支持。

大气 CO2去除的应用有限，但如果得到适当政策和认证抵消方法的支持，可通过大规模部署 BECCS 来加速。除了 EOR 应用外，CCU 需要在商业和技术上进行开发，然后才能大规模（>500kt/年）应用于多个特定应用；因此，预计短期内它不会成为减少CO2 排放的主要推动因素。

凭借有利的条件，CCS 正在以更快的速度发展。但对于符合巴黎标准的能源未来而言，该速度还不够快，需要在全球范围内采取更为稳健的碳定价和其他激励措施。在适当的支持下，CCS 能够发挥必要的作用，帮助过渡到净零排放能源系统。