碳捕集减缓气变：梦想还是现实？
Didier Dalmazzone
法国国立高等先进技术大学（巴黎综合理工大学）化学与化工工艺教授
要想实现碳中和，2050年前，全球每年需要捕集7.6Gt的二氧化碳。IPCC认为，二氧化碳的捕集与封存有助于减缓全球变暖。但是，如何实现碳捕集？碳捕集技术是否成熟？
IPCC认为，二氧化碳的捕集与封存有助于减缓全球变暖。
要想实现碳中和，2050年前，全球每年需要捕集7.6Gt的二氧化碳。但这一想法当前只是天方夜谭：碳捕集技术尚不成熟。
当前，有诸多因素在掣肘碳捕集技术的广泛部署，如水资源使用量和能耗。
油气层似乎比深盐含水层更适合封存二氧化碳。
欲避免封存技术带来的风险，可扩大二氧化碳的工业利用。
01
我们有能力捕集足够多的二氧化碳，实现《巴黎协定》制定的目标。
正方观点：
不少气变缓解方案都囊括了二氧化碳的捕集、利用和封存（CCUS）技术。
国际能源署（IEA）在《2050年净零排放路线图》[1]中指出，实现碳中和，全球在2050年前每年需要捕集7.6Gt的二氧化碳。联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）在2022年4月发表的第六次报告[2]中也强调：“使用化石燃料，必须同时进行碳捕集和碳封存 ......部署二氧化碳捕集设施[编者注：如直接空气捕集设施]以抵消剩余的碳排放，可以有效将升温幅度控制在1.5°C或2°C内。”
然而，我们必须明白，碳捕集只能解决一部分问题。2021年，全球燃烧化石燃料而产生的二氧化碳排放为37.1 Gt [3]。缓解气候变化需要落实一系列举措，农业、林业和海洋也需各司其职，在全球的碳平衡中发挥至关重要的作用。
反方观点：
当前的碳捕集和碳回收能力远远无法实现碳中和目标。
IEA估计，要想实现碳中和目标，2035年前，每年必须捕集4 Gt的二氧化碳，2050年前，每年必须捕集7.6 Gt的二氧化碳。迄今为止，全球只有35个商业设施在使用CCUS技术，且都是试点项目，捕集能力非常小，每年只能捕集不到0.05Gt的二氧化碳[4]。
“国际能源署估计，要想实现碳中和目标，2035年前，每年必须捕集4 Gt的二氧化碳，2050年前，每年必须捕集7.6 Gt的二氧化碳。”
CCUS技术尚未成熟，而且由于中国、印度和美国等高排放国家的资金投入不足， IEA的碳中和目标似乎很难实现。相关技术的加速发展需要新的基建投资，并对现有设施进行昂贵的升级与改造。
中立观点：
CCUS技术的应用需要大量的水和能源，可能会掣肘碳中和进程。
以某煤电厂的二氧化碳捕集装置为例[5]，假设电厂的发电效率为46%，容量为500兆瓦，在理想情况下，捕集会让发电效率至少下降3.8%。但在现实中，这一数字可高达10%，换言之，扣除捕集的耗能后，发电厂的效率仅有36%。装置三分之二的能耗用于碳捕集，其余三分之一则用于压缩二氧化碳。保持二氧化碳的超临界或液化状态也十分耗能，捕集的二氧化碳运输、加注都需要能量。
此外，当前的CCUS工艺会产生大量的热量，需要大量冷却水，进一步增加整体能耗。
02
捕集和回收人类活动产生的二氧化碳已不再是梦想。
正方观点：
许多行业都在使用CCUS技术。
二氧化碳捕集技术在20世纪70年代就已出现，当时，捕集的二氧化碳被用于驱油，提高油气的采收率。然而，在这种情况下，二氧化碳并没有被回收，而是被排放到了大气中。如今，有35个商业化工业设施正在使用CCSU技术捕集和回收二氧化碳，例如，用胺溶液膜吸收法捕集烟气中的二氧化碳。
反方观点：
回收或封存渠道尚未开发。
迄今为止，在每年捕集的440Mt二氧化碳中，有230Mt主要用于生产尿素化肥（约130Mt）和提高石油采收率（约80Mt）[6]。但是，用这种方式回收Gt（十亿吨）级别的二氧化碳似乎是天方夜谭。
图片来源：PI France
部分试点项目正在测试向废弃天然气田注入二氧化碳，但公众的接受度将左右这一技术的发展。为了控制成本，封存地应尽量靠近捕集地。比如，法国的碳封存地点可以选在巴黎东部的巴黎盆地或波城附近。
中立观点：
通过直接空气捕集（DAC）处理供暖、汽车尾气等扩散性二氧化碳排放，究竟多有效？仍有待商榷。
当前，全球共有18个DAC设施（欧洲、美国和加拿大），每年捕集约0.01Mt的二氧化碳，大部分被直接用于软饮生产等领域，只有两个设施将捕集到的二氧化碳封存[7]。
全球大气中的二氧化碳浓度已从工业时代前的277ppm增加到2022年的417ppm [8]。如果仅仅使用DAC技术来解决这一问题，则需要处理海量的空气才能恢复到工业时代前的水平。考虑到DAC技术所需的投资、运营成本和能源消耗，它可能不会成为处理二氧化碳的首要选择。毕竟，我们需要优先考虑从碳排放最多的行业捕集二氧化碳。
03
长期的二氧化碳封存存在风险
正方观点：
长期来看，深盐含水层的渗透性充斥着未知因素。
深盐含水层十分适合封存二氧化碳。它们均匀地分布在全球各地，无需长距离运输二氧化碳便可封存。深盐含水层拥有非常大的封存潜力，容量从400到10000 Gt不等[9]。二氧化碳经过捕集、提纯和压缩后，可注入地下的咸水层进行封存，但可能会影响到储层的稳定性。二氧化碳会增加水体酸度，与储层岩石发生化学反应，进而腐蚀储层。
反方观点：
油气层的年代越久远，性能就越稳定。
作为二氧化碳的储层之一，油气层吸引了众多研究人员的关注。油气层的地理分布虽然不是那么均匀，但几百年来一直稳定储存着天然气、煤炭和石油，因此是二氧化碳封存的绝佳之选。不过，我们也需要深入了解与二氧化碳注入相关的地质力学及化学反应。目前，美国、加拿大、阿尔及利亚、挪威均已建立起了相关示范项目。
中立观点：
新的回收方式有望逐步消除二氧化碳的封存需求。
如前文所述，二氧化碳的回收已不再是梦想，只不过回收方式依旧有限。众所周知，我们不能无限期地增加化肥产量，因此，研究人员也在探索其他有望回收二氧化碳的工艺，其中一些已经实现了大范围的工业利用。例如，氢气和二氧化碳之间的反应可以制成许多合成燃料，而二氧化碳则可用于生产塑料或是碳酸盐矿物等建筑材料。当然，现阶段最大的问题，是上述工艺要比基于石油等化石材料的工艺更加昂贵。
作者
Anaïs Marechal
编辑
1.IEA (2021), Net Zero by 2050, IEA, Paris https://www.iea.org/reports/net-zero-by-2050,
License: CC BY 4.0, the International Energy Agency (IEA)
2.IPCC, 2022: Climate Change 2022: Mitigation of Climate Change. Contribution of Working Group III to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [P.R. Shukla, J. Skea, R. Slade, A. Al Khourdajie, R. van Diemen, D. McCollum, M.Pathak, S. Some, P. Vyas, R. Fradera, M. Belkacemi, A. Hasija, G. Lisboa, S. Luz, J. Malley, (eds.)]. Cambridge University Press, Cambridge, UK and New York, NY, USA. doi:10.1017/9781009157926
3.Friedlingstein, P., et al.: Global Carbon Budget 2022, Earth Syst. Sci. Data, 14, 4811–4900, https://doi.org/ 10.5194/essd-14–4811-2022, 2022
4.IEA (2022), CO2 Capture and Utilisation, IEA, Paris https://www.iea.org/reports/co2-capture-and-utilisation, License: CC BY 4.0
5.Pp. 31 & 53 in D. Stolten & V. Scherer Ed., Carbon Capture for Coal Power Plants, 2011,Wiley-VCH GmbH & Co. ISBN 978–3527–330027
6.IEA (2022), CO2 Capture and Utilisation, IEA, Paris https://www.iea.org/reports/co2-capture-and-utilisation, License: CC BY 4.0
7.IEA (2022), Direct Air Capture, IEA, Paris https://www.iea.org/reports/direct-air-capture,
License: CC BY 4.0
8.Friedlingstein, P., et al.: Global Carbon Budget 2022, Earth Syst. Sci. Data, 14,4811–4900, https://doi.org/10.
5194/essd-14–4811-2022, 2022
9.Site consulté le 23/11/2022:https://www.
ifpenergiesnouvelles.fr/enjeux-et-prospective/
decryptages/climat-environnement-et-economie-circulaire/reduire-les-emissions-industrielles-co2-captage-et-stockage-du-co2
