麦肯锡：需要CCUS推动净零排放和负排放

    2020年6月30日，麦肯锡发布长篇报告，阐述了碳捕集利用与封存（CCUS）技术在推动净零排放和负排放过程中的重要性。报告强调了开展CCUS技术的必要性，同时认为目前CCUS技术推广的最大阻碍是其经济可行性，应当尽快实现技术成本下降、建立监管措施和监测机制，以及开发新型二氧化碳利用技术来推动CCUS的发展。报告还提供了多种有潜力的二氧化碳技术研究成果。

麦肯锡认为，CCUS技术作为应对气候变化技术中的一种，其中短期的发展潜力是巨大的，它可以通过多种方式减少二氧化碳排放（图1）。同时，CCUS技术并不会影响其他应对气候变化技术的发展，如风能、太阳能等可再生能源，因为所有技术的最终目的都是减少人为制造的二氧化碳排放以达到控制温升在1.5摄氏度以内的目标。CCUS技术在某些特定行业具有比其他技术更明显的二氧化碳减排效果，如钢铁、水泥行业，这些行业的二氧化碳减排难度很高，CCUS技术可以快速高效的帮助其降低二氧化碳排放，同时，CCUS技术可以合成化工产品，甚至实现负排放。

图1 CCUS技术发展潜力

然而，为了推动CCUS项目进入大规模商业化，所有项目必须在经济上可行。从短期到中期来看，大规模商业化的前提需要满足：1. 捕集成本下降；2. 完善监管框架，为CCUS项目提供激励措施；3.开发新型二氧化碳利用技术。

目前CCUS技术的捕集成本较高，而且单纯的大规模地质封存是一项纯粹的经济投入，并不能提供一定的经济回报。因此降低捕集技术成本、提供更多激励措施，是短期内推动CCUS示范项目的必要手段。从长远来看，发展多种二氧化碳利用技术，当利用技术发展到一定阶段可以提供一定的经济回报时，会刺激CCUS市场进一步放大，吸引更多投资者主动进入。

从CCUS技术应用的规模看，目前还远远不足。以美国为例（图2），2018年总排放为57亿吨二氧化碳，其中可捕集的工业排放源仅占一半，对于高纯度排放源（如依赖天然气作为主要燃料的厂家）减排成本在25美元-30美元间，而纯度较低的排放源（如燃煤电厂等）减排成本在60美元-150美元间。运输方面，作为全球二氧化碳驱油（CO2-EOR）技术最为发达的国家，美国的二氧化碳管道布局已经位于世界前列，但对于大规模部署来讲也还远远不够。

图2 2018年美国碳排放来源构成

麦肯锡对多种二氧化碳利用技术市场化的成本可行性进行了分析（图3，如二氧化碳驱油（CO2-EOR）、化工产品合成、添加剂），结果显示目前最可行的技术仍然是CO2-EOR。CO2-EOR技术在美国拥有近50年的发展历史，每年用于驱油的二氧化碳超过2000万吨。美国通过了修改后的45Q能源税收抵免政策，开展CCUS项目的企业将获得每吨二氧化碳35美元（修订前是10美元）的奖励，如果捕集到的二氧化碳用于地质封存，那么每封存一吨二氧化碳将获得50美元（修订前是20美元）的奖励。

图3 2030年前，二氧化碳利用技术的成本分析曲线

 麦肯锡认为，除了CO2-EOR，有一项技术也非常值得发展。即将二氧化碳“储存”在建筑物中——二氧化碳制混凝土。在混凝土制造过程中，可以考虑用新型水泥制成，这种水泥在富含二氧化碳的环境中固化，产生的混凝土中含有约为25%的二氧化碳。同时，该技术可以减少传统混凝土制造工艺中对石灰石的依赖（产生大量二氧化碳，每年全球工业二氧化碳排放的7%来自此工艺）。预计到2030年，新的混凝土制造工艺至少消耗150万吨二氧化碳。

从技术上讲，二氧化碳可以用来制造几乎任何类型的燃料。通过化学反应，从工业中捕集的二氧化碳可以与氢结合，生成合成汽油、航空燃料和柴油。预计到2030年，这项技术将减少大约1500万吨的二氧化碳。

二氧化碳用于塑料生产中。目前一些化工产品厂商正在测试一系列以二氧化碳为基础的塑料生产技术。如绿色聚氨酯，可以用于生产纺织品、体育中心的地板、床垫等产品，该技术正处于商业推广的早期阶段。在绿色塑料中储存的碳将无限期的被封存。预计到2030年，塑料可以减少10万吨/天的二氧化碳，且这一数字还在增长。

还有几项值得注意的技术，虽然发展前景没有上述技术那么明朗，减排潜力难以确定，但具有极高的创新性，也值得注意。

- 直接空气捕捉（DAC）可以将二氧化碳排放量大幅降低到负值，但大气中的二氧化碳浓度非常低（空气体积的0.04%）。DAC设施的优点是受设施安装位置的局限性较小，且无需昂贵的二氧化碳管道基础设施。而难点在于，在大气中非常低的浓度下捕获二氧化碳需要大量的能源和资金。目前估算的DAC成本很高，麦肯锡估计每捕集一吨二氧化碳的成本可能超过500美元——是从工业或发电厂捕获二氧化碳的5到10倍。

- 发展生物能源。使用可持续收获的木材（其他富含二氧化碳的生物质来源，如藻类，也可以）作为燃料可以使燃烧过程达到碳中和。再结合CCUS技术，如生物质燃料燃烧产生的二氧化碳排放如果储存在地下或用作化工产品合成，例如混凝土和合成燃料，就可能变成负碳排放。然而，生物质能源产生负排放的程度取决于整个生命周期的一些中间因素，这些因素包括生物质的生长、运输和处理方式——所有这些流程一旦管理不当，都可能带来二氧化碳“泄漏”。

- 制造炭纤维。超强、超轻的碳纤维被用于制造从飞机机翼到风力涡轮机叶片的各种产品，其市场正在蓬勃发展，且价格高昂，因此制造商希望有一种更便宜的、源自二氧化碳的替代品。此外，如果成本效益高的碳纤维能广泛用于加固建筑材料，那么二氧化碳的使用量将变得显著。但该技术目前仍处在初步研究当中，未来仍需要较长的发展时间。

- 农场产生大量的生物废料制造“生物炭”。当这些废料在缺氧环境中加热时，就会产生所谓的“生物炭”——一种类似于木炭的土壤改良剂，目前只有少数小农户和园丁使用，主要是在美国。生产“生物炭”可以捕集废物分解过程中会逃逸的50%的二氧化碳，其中大部分可以保存100年之久，但该技术也还需要长时间的发展，而且规模有限。预计到2030年，它可以吸收大约200万吨的二氧化碳。

    麦肯锡认为，在某种意义上讲，CCUS的本质其实是全球经济中人类每天活动的自然延伸，类似废弃物的收集和处理，并将其中一部分废弃物转化为更高价值的产品和材料。为了让CCUS技术成功发展并鼓励技术创新，对CCUS激励措施和支持性的监管框架将是必要的。在充分的激励措施和政策支持下，CCUS可以支持向低碳经济的转型。如果没有CCUS，转型将变得更具挑战性——因为应对气候变化的每一项路径都离不开对负碳排放技术的投资。