碳捕獲和儲(chǔ)存 (CCS) 是指可以通過減少二氧化碳 (CO 2 )排放來應(yīng)對(duì)氣候變化的一系列技術(shù)。CCS 背后的理念是在化石燃料燃燒產(chǎn)生的 CO 2釋放到大氣中之前將其捕獲。那么問題是：如何處理捕獲的 CO 2？大多數(shù)當(dāng)前的 CCS 策略要求將 CO 2注入地下深處。這形成了一個(gè)“閉環(huán)”，其中碳作為化石燃料從地球中提取出來，然后以 CO 2的形式返回地球。

CCS 如何運(yùn)作？

如今，CCS 項(xiàng)目每年儲(chǔ)存近 4500 萬噸 CO 2 ，這大約是1000 萬輛乘用車產(chǎn)生的CO 2排放量。捕獲通常發(fā)生在大型固定 CO 2來源，例如發(fā)電廠或生產(chǎn)水泥、鋼鐵和化學(xué)品的工廠。大多數(shù)當(dāng)前的碳捕獲項(xiàng)目使用液體在 CO 2離開煙囪之前通過化學(xué)方法去除它，但是幾種新型的捕獲過程正在開發(fā)中。

然后將捕獲的 CO 2氣體壓縮，使其變成液體狀并通常通過管道輸送到儲(chǔ)存地點(diǎn)。船舶運(yùn)輸比使用管道運(yùn)輸更昂貴，但歐洲和日本都在考慮。一旦到達(dá)封存地點(diǎn)，CO 2就會(huì)被泵入井下 2,500 多英尺的地質(zhì)構(gòu)造中，例如用完的石油和天然氣儲(chǔ)層，以及含有無法使用的咸水的構(gòu)造。

使用二氧化碳

CCS 有時(shí)也稱為 CCUS，其中“U”代表利用率。提高石油采收率 (EOR) 是當(dāng)今 CO 2的主要用途。EOR 是指將 CO 2注入活躍的油層以采收更多的油。CO 2的其他可能用途包括制造化學(xué)品或燃料，但它們需要大量無碳能源，因此成本太高，在今天缺乏競爭力。對(duì)于 CCS 的大規(guī)模實(shí)施，利用率預(yù)計(jì)將使用不到捕獲的 CO 2的 10% 。

利用率

我們向大氣排放了如此多的 CO 2 ，以至于如果碳捕獲要在應(yīng)對(duì)氣候變化的斗爭中發(fā)揮任何重要作用，我們將不得不將大部分捕獲的 CO 2儲(chǔ)存在地下。但是“利用”——將 CO 2作為有價(jià)值的產(chǎn)品出售——可以幫助創(chuàng)造碳捕獲市場，并使公司更便宜地投資于捕獲其 CO 2排放。

今天CO 2的主要用途是提高石油采收率：將 CO 2泵入油井以幫助沖洗掉難以提取的石油。純CO 2也用于溫室中種植植物。今天用于這些目的的大多數(shù) CO 2是從地球中提取的，但捕獲的 CO 2也同樣有效。

CO 2也可以制成有用的產(chǎn)品。公司和實(shí)驗(yàn)室正致力于將 CO 2轉(zhuǎn)化為塑料、水泥和混凝土等建筑材料、燃料、碳纖維和石墨烯等未來材料，甚至是小蘇打、漂白劑、防凍劑、墨水和油漆等家用產(chǎn)品。其中一些產(chǎn)品已經(jīng)在銷售，但沒有大量銷售。

或者我們可以使用 CO 2來培養(yǎng)藻類或細(xì)菌。這可以成為制造生物燃料、肥料或動(dòng)物飼料的基礎(chǔ)。

 

 

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最近也有相當(dāng)大的興趣使用 CCS 技術(shù)從大氣中去除 CO 2 。一種選擇是采用 CCS 的生物能源(BECCS)，其中生物質(zhì)（如木材或草）通過光合作用從空氣中去除 CO 2 。然后收獲生物質(zhì)并在發(fā)電廠中燃燒以產(chǎn)生能量，同時(shí)捕獲并儲(chǔ)存CO 2 。這會(huì)產(chǎn)生所謂的“負(fù)排放”，因?yàn)樗鼜拇髿庵形?CO 2并將其儲(chǔ)存起來。另一個(gè)負(fù)排放選項(xiàng)稱為直接空氣捕獲 (DAC)，其中使用化學(xué)過程從空氣中去除CO 2 。然而，CO 2的濃度空氣中的碳含量比發(fā)電廠或工業(yè)廠房煙囪中的碳含量低約 300 倍，因此捕獲效率要低得多。因此，如今 DAC 相當(dāng)昂貴。

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捕獲的 CO 2有一些商業(yè)市場，例如碳酸飲料或使用管道輸送的 CO 2來種植植物的溫室。還有其他更具推測性的建議來轉(zhuǎn)化 CO 2轉(zhuǎn)化為塑料和燃料等有價(jià)值的產(chǎn)品。但是“利用非常具有挑戰(zhàn)性，”麻省理工學(xué)院能源計(jì)劃高級(jí)研究工程師 Howard Herzog 說，他從事碳捕獲工作已有 30 多年。

 

根據(jù) Herzog 的說法，一個(gè)問題是“CO 2的市場通常比我們排放的CO 2量小得多。” 溫室和汽水公司只需要這么多的 CO 2，如果碳捕集增長到足以對(duì)氣候變化產(chǎn)生嚴(yán)重影響，它將很快超過這些市場。

出售捕獲的 CO 2也可能很困難，因?yàn)檫@些市場可以從其他通常更便宜的來源獲取碳。例如，泵入溫室的 CO 2通常來自天然氣等燃燒燃料，而高純度 CO 2可來自化肥廠的氨生產(chǎn)，在正常操作中捕獲，不需要特殊處理碳捕集技術(shù)。

另一個(gè)問題是，CO 2的許多潛在用途首先破壞了捕獲它的氣候效益。“如果您出于氣候原因捕獲 CO 2并將其放入汽水中，當(dāng)人們喝下汽水時(shí)，它會(huì)回到大氣中，”Herzog 解釋道。“所以你在減少碳排放方面沒有做任何事情。” 同時(shí)，將捕獲的碳轉(zhuǎn)化為塑料或燃料需要大量能源，而其中大部分能源并不清潔。“在我們有足夠的低碳能源來做到這一點(diǎn)之前，這是沒有意義的。”

 

如果出于氣候原因商業(yè)市場無法吸收我們想要捕獲的所有碳，那么所有捕獲的過量 CO 2會(huì)發(fā)生什么？幸運(yùn)的是，即使自由市場不這樣做，政府也可以介入以提高碳捕獲的利潤。赫爾佐格解釋說，由于稱為 45Q 的聯(lián)邦稅收抵免，在美國捕獲碳的公司可能通過將其儲(chǔ)存在地下而不是出售它來獲得更好的經(jīng)濟(jì)效益。美國國內(nèi)稅收法典第 45Q 條款為捕獲和儲(chǔ)存的每公噸 CO 2提供稅收抵免。45Q 條款于 2008 年首次引入，在 2022 年 8 月通過了《降低通貨膨脹法》后，為捕獲的 CO 2支付的金額有所增加。 您獲得多少報(bào)酬取決于您對(duì)捕獲的 CO 2的處理方式，赫爾佐格解釋道。它既可以注入并儲(chǔ)存在地下地質(zhì)構(gòu)造中，也可以用于提高石油采收率 (EOR)，將其泵入石油儲(chǔ)備以榨取更多石油。“如果將其放入地質(zhì)構(gòu)造中，每噸可獲得 85 美元；如果將其用于提高石油采收率，則每噸可獲得 60 美元。” 直接從大氣中提取的CO 2也有特價(jià)——這個(gè)過程比從煙囪中捕獲碳要昂貴得多。對(duì)于通過“直接空氣捕獲”捕獲的 CO 2， 45Q 條款為地下儲(chǔ)存的每噸支付 180 美元，用于 EOR 時(shí)支付 130 美元。

 45Q 條款不僅僅是為捕獲和儲(chǔ)存的每噸碳定價(jià)；它以其他方式推動(dòng)了碳捕集行業(yè)。去年通過的《降低通貨膨脹法》使新的碳捕集設(shè)施更容易獲得 45Q 稅收抵免的資格，例如，將延期至 2033 年，屆時(shí)新設(shè)施需要開始建設(shè)才有資格。

Herzog 說，將捕獲的碳出售給商業(yè)市場的格局在未來可能會(huì)發(fā)生變化，但不會(huì)在不久的將來發(fā)生。與因氣候原因需要捕獲的CO 2相比，我們可以使用的CO 2量簡直是小巫見大巫。在 Herzog 看來，“如果我們要在每年 10 億噸的水平上做到這一點(diǎn)，其中大部分將不得不進(jìn)入地下。”