吴昌华｜里夫金办公室中国主任、环球中国环境专家协会执行理事

世界首富埃隆·马斯克，在全球领跑零碳的科技创新新赛道上，堪称一个“教主”级人物。无论是电动交通，还是民用航天火星旅行，都是一种“激起千层浪”的轰动，引爆“下一个风口”的关注。如今，这个“爆点”是碳捕获、利用和封存(Carbon Capture, Utilization and Storage，简称CCUS)。

马斯克推特截图

1月21日，马斯克宣布，自己掏腰包拿出一亿美元，奖励开发出最佳碳捕获技术的个人或公司，条件是技术可以快速规模化，切实可行，而又最具经济性和市场前景。使命很明确，减少大气层中的二氧化碳。消息是通过他本人拥有4270万粉丝的推特账号发布的，文中提到的“下周”发布细节，迄今还没有看到。但是，了解他的人知道，这不是个“烟雾弹”，所以，大家都在期待大奖细节的出炉。

在碳捕获这个点上，比尔·盖茨看好两个“切入“机会，一是在煤电或天然气发电厂，或者水泥厂、钢铁厂直接捕捉排放的烟气，从中分离二氧化碳，一般浓度达到15%；二是在大气中直接捕捉，目前大气中的浓度为410ppm，可以直接“抽捕”。这里的优点是，捕捉设施可以在任何地点，尤其是那些可以简单液化和地质封存的选址。目前的现实挑战是成本高昂。

普利策奖得主、美国知名科学记者Elizabeth Kolbert 亲自到位于冰岛的一个大气直接捕碳封存设施考察，得到对CCUS的“直观”理解，之后，在最新著作《白色天空之下：未来的自然》如此写道，实现升温控制2°C或者1.5°C，“在数学上带有极度惩罚性”，真正做到1.5°C，人类需要“在十年内减排到近零”，需要“大力改造农业系统，变革制造业，彻底取消汽油、柴油车，替代目前几乎所有化石能源电厂”，而”二氧化碳去除则提供了一个改变这个数学等式的方法”， “从大气中直接抽出大量的二氧化碳” ，甚至是做到“负碳”，起到“可行的平衡作用”。

实现净零碳排放，离不开CCUS的贡献

首先，让我们理解一下支柱级领跑零碳关键技术的国际共识。能源生产和消费革命是实现净零碳排放的关键，清洁能源、节能、电气化、氢能、循环经济等都在”处方“单子上，同时，“负碳”科技也成为破解难题的必要选择，因为完全替代化石能源受到各种制约，包括成本、资源禀赋、能源安全、近期社会经济影响等。

目前，“负碳”主要有两个大的版块，一是依赖自然生态系统自身的“碳汇“功能，恢复和强化植被、土壤、海洋等的“吸碳”功能；二是碳捕获、封存和利用。正如其字面意思，CCUS是指通过整合各种相关技术，把排放的二氧化碳捕捉，或者地质封存，或者将其利用，亦或两者兼备，做到安全和长久封存，实现减排，贡献实现《巴黎协定》的1.5°C升温控制目标。

国际共识，到本世纪中叶实现净零碳排放，离不开CCUS的贡献。据国际能源署分析，实现净零碳排放，2018年到2060年间，全球需要CCSU助力解决115吉吨的二氧化碳排放，占到所有实现零碳减排的13%。在捕捉的碳中，93%需要地质封存，7%被再资源化利用。CCUS在近期的主要贡献，锁定在改造现有化石能源发电和工业设施过程中，到2030年，全球碳捕捉超过一半的量将来自这些资产的改造升级。之后，重点会转移到生物能源和空气去碳的捕捉，并作为气候中和合成航油的来源加以利用。整体预测，全球60%的碳捕捉与化石能源直接关联，剩下的40%来自工业过程、生物能源和空气去碳。

普林斯顿大学的“零碳美国”研究中，提出美国实现净零排放路线图的六个支柱，第四个支柱则为“二氧化碳捕捉、运输、利用和封存”，明确CCUS在水泥生产、燃气发电和生物质发电、天然气改造、生物质基燃料生产的贡献潜力，还有在某些情况下直接空气捕捉。《美国联邦税号法》明确，长久储碳项目享受税收抵免，包括驱油或者地质封存。碳排放源可以是煤炭、石油、工业过程等；税收抵免支持始于2008年，到2018年，增加到驱油每吨35美元，地质封存每吨50美元。合格项目的建设日期不得迟于2024年1月1日。这个税收抵免提供了一个稳定而且可以预期的储碳的价值，目的是加快降低CCUS的成本。也是通过这种激励，美国联邦政府认同了CCUS科技对减排的贡献。

麦肯锡对“零碳欧洲”的路线图分析中指出，到2050年，欧盟需要每年捕捉2.05亿吨二氧化碳，才能兑现净零排放承诺。2020年初，欧洲委员会通过“可持续金融”技术工作组，对于CCUS贡献净零排放目标实现做了定义，《欧盟可持续金融分类法》针对不同行业用“碳强度界限”来识别碳捕获助力经济活动运行可以接受的性能标准。

在捕捉上，欧盟从“赋能经济活动”减排角度看待CCUS技术，这些活动包括发电、生产氢、钢铁、水泥和化学品等。虽然《分类法》在考虑生命周期排放维度上排除考虑CCUS，但是，也明确支持CCUS技术在那些不可能完全依赖转换使用可再生能源去碳的重工业行业的应用，比如发电，碳捕获可以确保灵活、全年发电的电厂完全去碳，像天然气发电；同样，牵扯到煤炭的驱油和CCUS应用则不符合“界限”的要求，也不符合《分类法》中可持续活动的要求。另外，CCUS也被纳入欧盟碳交易市场。

作为全球最大的能源生产国和消费国，中国目前每年排放超过全球总量的20%，中国提出的2030-2060年从排放达峰到碳中和发展路径，更是离不开CCUS的贡献。2018年，中国总碳排放量为大约100亿吨。中国煤炭发电厂中60%厂龄平均在10年左右，超过100吉瓦的装机属于超超临界机组，到2030年，煤电效率会进一步提升，达到50%。

一些主流专家研究指出，实现目标，要求前所未有之规模的CCUS应用；中国有大约850吉瓦的煤电、天然气发电和生物能源发电设施可以尽快安装碳捕捉装置，这样一来，中国可以继续运营一些煤电设施，减缓领跑零碳转型过程中潜在的社会负面影响。除了电力，中国还有大型的工业和制造行业，需要加速去碳，可以预见CCUS的重要角色。中国目前只有一个大型CCUS设施在一个油田投入运营，7个在建或计划建设项目，迫切需要增大投资。

加大投资是CCUS应用的关键

到2050年，实现净零碳排放，释放出50万亿美元的投资机会。有行业预测，中国实现2060年之前碳中和，产生超过5万亿美元的投资需求。国际能源署估计，做到与《巴黎协定》目标吻合的CCUS应用规模，需要大约9.7万亿美元的投资。

从科技发展看，CCUS已经被证明成熟可行。工业规模捕捉二氧化碳自1938年开始成功运营，地质封存从1972年开始成熟运营，也就是说，CCUS核心技术至少已有40多年的历史。

从基础设施看，目前已有二氧化碳运输和储存网络让我们对下一步需求有了更清晰的认识，比如北美现有8000公里长的二氧化碳运输管道，为了实现最大程度减排，需要再增加3.5万公里。 同样，欧洲、中国和中东在建的工业园区，提供降低成本的机会，加快CCUS的应用。

从项目上看，目前，全球已有19个大型产业规模项目和两个大型电力CCUS设施在运行中，这21个项目加起来每年捕捉4000万吨二氧化碳，另外，还有20个在建项目。大型投资的CCUS项目和相关的基础设施，从设计到上线，需要6到10年的时间。国际能源署、联合国政府间气候变化委员会和诸多其他机构的估计，到2030年，CCUS项目必须担负每年减缓1.5吉吨的排放，是今天已有能力的35倍。于是，凸显加快投资相关项目和基础设施的紧迫感。

CCUS技术上可行，但成本依旧高昂，所以，不断降低成本是破解制约的关键之一。如果给煤炭、天然气和石油、相关工业产业的公司一个碳捕获或碳再利用的税收抵免，有助于快速降低成本。美国、欧盟都已经推出激励政策，期待更多的国家和地区紧紧跟上步伐。

一些行业已经具备相对成本优势，展现实现商业规模应用的潜力，比如生产气、天然气制氢、生物质发酵，占到现有运营设施的84%。这些工艺过程产生高浓度二氧化碳，与其他工艺过程相比，分离二氧化碳更容易，成本也低。相比较而言，水泥和钢铁行业捕捉中的二氧化碳浓度较低，不足30%，所以这些行业的推进比较缓慢，更需要充分的政策激励。

在这个赛道上，已经涌现诸多领跑者。挪威议会正在准备议案，支持投资目前世界最大的碳捕获项目，加速减少排放，激发科技腾飞。项目首先在一个水泥厂推进。由Gassnova公司运营，称为“Longship” 项目。合作伙伴包括Equinor、壳牌、道达尔。Northern Lights公司负责通过管道传输液态二氧化碳，到海底的一个蓄池里封存。基本共识是，离开大规模封存，挪威不可能实现气候承诺。

英国王储查尔斯亲王支持一个“Net Power” 项目，与日本东芝公司合作，在氧气中燃烧天然气，捕捉纯二氧化碳，经过加热，用于发电，剩余的二氧化碳或者被封存，或者用来驱油。其技术可以用于烧煤或者烧天然气，经济性上非常有竞争力，比目前不捕捉二氧化碳的电厂更加有经济实效性。目前的计划是，通过技术许可，通过成本有效的碳捕捉和封存技术，向全世界推广。

美国的得克萨斯州是典型的碳氢经济主导当地产业和经济的例子，也是众多油气巨头和石油化工巨头的聚集地。目前，政府正与企业密切合作，探索如何加强科研，振兴本州经济，抓住时代机遇。一方面，提升现有CCUS技术的效率和效益，尝试新的燃烧过程，另一方面，拓展碳氢产品的应用领域，从碳氢原料，到新的碳基材料，工业加工和发电中对二氧化碳的新使用等，都将惠及本州的经济和环境未来的健康。

美孚今年二月份季度报表调整中宣布了一个新的重大商业计划，加码拓展全球低碳技术投资组合。美孚在CCUS领域耕耘了30多年，所以有足够的底气说，在全球所有捕捉和储存的二氧化碳中，美孚占据40%的天下。美孚还计划评估在美国的怀俄明州、荷兰、比利时、苏格兰、新加坡和卡塔尔等地的机会。公司计划，作为一个真正全球化的商业企业，来解决全球气候变化挑战。

“下一个风口”：循环碳经济

二氧化碳的资源化利用，已经被公认为是“下一个风口”级的机遇，也有人称其为“循环碳经济”。将捕捉的二氧化碳转换成有价值的产品，目前看到的主要有水泥和骨料、燃料和化学品，还有耐用碳纤维；二氧化碳转换成燃料的产品（和中间产品）包括一氧化碳、合成气（氢气和一氧化碳混合物）、甲醇，还有最终形成长链碳氢化合物。

在二氧化碳为基础的水泥和骨料上，市场上已经出现许多销售这类产品的公司；二氧化碳生成燃料，可以实现碳中和或负碳，也可以用做替代燃料，尤其是在那些难以减排的行业，如航空和船运，但是需要消耗大量能源来生产合成；耐用二氧化碳为基础的产品，目前集中在碳纤维、碳管、塑料和复合材料。

各种创新还在继续。美孚计划推出碳化燃料电池，可以从发电厂集中捕获碳排放。FullCell Energy 正与美孚合作开发这项新技术，据称可以大幅降低碳捕获的相关成本。目前在美国的阿拉巴马州进行示范。

光合作用是二氧化碳转换成糖的起点，最早这类应用是在航天，宇航员呼出的二氧化碳转换成糖，然后转换成食物。火星上，大气中96%是二氧化碳，是生成燃料和其他产品的完美碳源。美国宇航局和马斯克的SpaceX 已经在火星上用二氧化碳制甲烷，为航天飞船返航生产所需燃料。航天工业早就在探索二氧化碳作为有价值的商品和原料了，航天火箭承载每磅回程燃料需要燃烧200多磅燃料，所以，以后飞往火星的航天飞船不必要载着沉重的燃料飞行。

在CCUS上耕耘多年的Oxy公司，正在与休斯顿本地的一个初创公司Cemvita Factory合作项目。Cemvita利用基于光合作用原理的一个创新工艺，生产使用二氧化碳的一系列化学品和产品，二氧化碳原料来自某个企业的捕捉。其方法是，试着将生物技术与重工业融合来解决问题。合作的第一个主要项目，转换二氧化碳为负碳生物乙烯。到目前为止，Cemvita 已经识别了接近30种用二氧化碳形成的不同分子。商业策略是走向客户，理解客户的碳排放和商业发展模式，共同探索碳捕捉后的产品生产或者采购二氧化碳制造的产品，最后做到闭环。

中国的一个科技初创企业光合新能，通过等离激元技术，开创实现碳资源大规模循环利用的可能，利用阳光（或者废热）催化二氧化碳，合成燃油、燃气和新材料原料，催化纯水制氢，真正实质性地打通了规模化减碳路径。而且，它的一切应用场景和条件是现成的，所有现有车辆和大型运载工具及机器设备可以直接使用合成的高纯燃油和燃气，现成的化工材料体系完全直接对接二氧化碳转换而来的烷烃和烯烃等化工原料。

创新，令人振奋。兴奋之余，我们仍有许多悬而未决的问题要探索。据专家估计，碳利用市场最多每年能够消纳1-2吉吨捕捉的二氧化碳，更何况转换过程需要消耗大量能源，潜在增加生命周期的排放量。于是，我们明白了马斯克掏钱设奖的用意。

文｜吴昌华

编辑｜李思楚