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碳捕集封存与利用(CCUS),大器晚成还是空中楼阁?
2021/12/10 7:13:28    新闻来源:环境科学与决策

9月13日上午,国家领导人就参观了国家能源集团榆林化工有限公司,提出“煤炭作为我国主体能源,要按照绿色低碳的发展方向,对标实现碳达峰、碳中和目标任务,立足国情、控制总量、兜住底线,有序减量替代,推进煤炭消费转型升级”。煤炭绿色化的一个可能途径就是利用CCUS,但是CCUS发展什么、发展多少、怎么发展有很多争议,CCUS甚至是碳中和路径中争议最大的技术之一。如果比较最近新闻中的各种专家观点,CCUS的发展也是这些观点最有冲突的一个领域。

本期论文:

文章1:Abdulla, A., Hanna, R., Schell, K. R., Babacan, O., & Victor, D. G. (2020). Explaining successful and failed investments in US carbon capture and storage using empirical and expert assessments. Environmental Research Letters16(1), 014036.(美国的39个CCUS项目为什么有的会成功有的会失败)

文章2:Wang, N., Akimoto, K., & Nemet, G. F. (2021). What went wrong? Learning from three decades of carbon capture, utilization and sequestration (CCUS) pilot and demonstration projects. Energy Policy158, 112546. (世界上263个项目为什么有的会成功有的会失败)


我们分三部分来看:(1)CCUS这个技术过去一二十年发展如何;(2)CCUS项目成败原因;(3)何种政策可以促进CCUS的发展。笔者最后稍加讨论。


(1CCUS这个技术过去一二十年发展如何

一句话:很不成功。虽然CCUS的项目计划很多,但是基本上计划赶不上变化,大多数项目都中途停止或取消了。下图(来自文章1)是全球的碳封存项目,可以看到灰色的都是提出了但是没有落实的,落实的特别少,所以导致到2020年,全球的碳封存量也不超过40Mt每年,而全球一年的碳排放接近34000Mt,显然CCUS的发展还有很长的路。

 


下面这个图来自文章2,是针对各个项目的,黑色的项目都是终止和取消的,可以看到很多的大型项目都终止和取消了。

 


CCUS很早就被提上研究日程,但是这个技术的发展确实不如预期。常见的解释就是CCUS的研究处在一个死亡之谷之中,如下图所示。可以想到技术的发展要从研究开始从实验室走向示范项目再到广泛推广,而实验室可以申请国家基金,商业化以后资金也会比较充分,但是在这中间会有一个死亡之谷的阶段,所以技术总是需要过渡这个阶段。光伏、风电的十几年来的大规模发展离不开我国的补贴政策,也就走完了这个死亡之谷。


 

图片来源:https://www.thirdway.org/memo/clean-energy-demonstration-projects-critical-for-economic-recovery-and-mitigating-climate-change

为什么光伏、风电能成功,CCUS就不能呢?技术进步是一个复杂的问题,也是一个研究热点领域。一个被广泛接受的观点是,光伏风电规模小且简单,CCUS规模大且复杂(参见:#碳中和的技术选择#为什么光伏成本下降很快,而碳捕集核电站成本却降不下来?),因此光伏、风电学习成本低,很容易快速起飞。而且加入有拾亿元的政府资金,你会愿意给100家光伏企业一家100万去部署,还是只给1家企业去发展CCUS?CCUS发展的风险显然更高,所以发展必然相对缓慢。


(2)CCUS项目成败原因;天亡我,非用兵之罪也?

为什么有的CCUS能成,有的就会失败呢?

文章1的解释更为充分。文章1如下表构建了四大类10种项目层级的特征,包括项目在哪、项目采用的技术、成本、得到的资助政策等等,然后采用回归探究美国39个CCUS项目成败的原因,并且还把问题了专家,向专家讨论这10种特征那些对项目成败更重要?

 


其结果如下所示,A是多元回归的结果,B是随机森林的结果,C是专家意见的结果(我没有学过B方法,所以不知道AB结果出现偏差的原因是什么,文章也没有解释,所以这里不再讨论,欢迎大家教我一下)。ABC三种方式都指向了三个关键因素:(1)成本要低;(2)技术要选比较成熟的CCUS技术;(3)这个项目最好要盈利,CCUS盈利要么是二氧化碳注射进入油田驱油(EOR应用),要么是要利用起来。EOR应用是一个成熟的技术,上个世纪70年代就有了,也是目前主要采用的CCUS技术。(4)项目对政策激励(如补贴)的依赖小比较容易成功,这个因素在随机森林B结果中不显著,但是也比较重要。



当然也可以想象这个回归的结果只能是探索性的,一个项目的成败当然是复杂的,比如项目的提出可能的决定因素就和成败的因素不同。文章2采用的Hazard Ratio的表现形式,下图是多元分析回归得到的不同因素的影响的结果:显示一个项目越大(捕集量越多)越容易失败,国有项目、得到税率减免、以及采用EOR技术(下图中bu[s]siness driven的主要含义),都会增加项目的成功率。

 


文章2的越小的项目越容易成功是有实际政策含义的。我们再次看这张图:2005年之后,显然很多项目都想做的大一点,但是大的项目后来几乎都没有成功,所以看起来发展CCUS的一定阶段,要从小项目做起。最近看到的一条新闻是:中国石化宣布将开启我国首个百万吨(Mt)级CCUS项目建设——齐鲁石化-胜利油田CCUS项目预计年底投产。这个项目采用EOR驱油技术,规模也比较克制,所以看起来很有前景。

 


(3)何种政策可以促进CCUS的发展。

文章1列出了四大类14种政策,让专家对其有效性(下图y轴)和政治可行性(x轴)打分,可以看到有效的可行性都不高,比如直接打钱给企业肯定最有效,但是这个太政策太难推行了,而且寻租空间也大。美国的45Q税收抵免政策的效果也有待评估。

 


文章2的也利用全球的数据集探索不同政策下的CCUS项目的成败比率,文章数据指出,发展EOR技术对于CCUS项目的成功最有帮助,税收减免一般,碳价(无论是碳市场还是碳税)因为一直都很低,所以政策的影响是一般的。

 


文章2指出的问题就是CCUS活该失败,因为CCUS的政策支持本来就不足,属于高风险低回报率的项目,即使是高风险高回报率的项目(比如医药研发)都经常说投资不足,更别提CCUS这种于高风险低回报率的项目,所以CCUS过去几十年的失败或非技术本身的问题,而可能是政策不足的结果。


从各种文章的讨论判断,CCUS技术可能仍是实现碳中和的必要手段,特别是我们国家工业化石能源规模巨大,发展CCUS也是站在政治高度的选择。但是回看CCUS过去二十年怎么都不能说是成功的历史,中国发展CCUS应该怎么杀出一条血路?我们似乎还没有答案。个人反对碳中和技术为王的说法,CCUS的很多技术、包括很多碳中和技术都在实验室取得了可以推广的成功,而需要从死亡之谷走向商业化,这个过程中的政策和政治极端重要,甚至比技术研究更重要。怎么发挥我们的制度优势让这些技术商业化和规模化仍然是一个重大而充满空白的问题,需要实践和理论的同步发展。煤炭产业的命运显然与CCUS的技术发展关系密切,而CCUS技术与氢能、核能也存在一些互补性,其中的不确定性还很大。

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