陈颖莹
伦敦帝国理工学院气候变化管理和金融专业在读研究生
热浪、洪灾，愈发频繁的极端天气，使得人类如何应对气候变化、降低大气中二氧化碳和其他温室气体的含量成为一项重要课题。当前，全球基本形成共识，通过减少使用化石燃料，提高可再生能源的使用，可以有效减少温室气体排放。此外，一些国家和企业将目光放在了二氧化碳消除技术（CDR）上。
CDR有两大分支：一是基于自然的气候解决方案（NBS，如通过树木的光合作用降低空气中的二氧化碳含量）；二是基于碳捕集和碳封存（CCS）技术的直接空气捕获 （DAC）或捕获工业生产过程中排放的碳。通过碳捕集收集到的二氧化碳被压缩、输送、最后封存在地质构造中，或者用于其他工业生产。相对直接的空气捕获，基于工业排放的碳捕集在技术和成本上有很大优势，它的主要目标是高纯度、高压强、高稳定性的二氧化碳大点源，如生物能源设施、天然气生产、制氢工厂等排放源。
捕集二氧化碳气流并实现工业再利用并非一项新发明。以二氧化碳驱油提高油田采收率（EOR）是石油行业已经使用了几十年的成熟技术。大型石油公司是CCS项目的天然发起人。这些企业熟悉地质构造，具有明显的技术优势，同时迫切需要业务转型，以顺应净零排放的市场趋势。
CCS项目利用废弃气田、输气管线、码头等不断贬值的资产，降低了气候变化相关的财务转型风险。近几年，欧美也开始出现独立的CCS公司，如英国的Storegga、爱尔兰的dCarbonX等。这些企业通常基于对地质构造的了解和碳捕获技术，在商业模式上加入蓝氢和财务支持，为需要减排的公司提供一站式解决方案。这些企业背后，往往站着不同的股东：有谋求实现数倍回报的私募基金，有想在全球实现CCS项目普及的战略投资者，有试探新投资方向的基建基金，也有寻求新业务和新产品的商业银行。这些股东有着一致的目标：抢占先发优势。
不过，要实现CCS规模化和商业化，一方面需要技术本身不断完善、降低成本；另一方面需要投资激励政策、监管法律框架也逐步到位。从长远看，CCS是实现碳中和目标不可或缺的技术，市场潜力巨大。Global CCS Institute分析认为要实现净零排放目标，当前的CCS装机容量必须在2050年前增长至少100倍。
近年来，各大经济体为实现零排放的目标，越来越多的大型CCS项目建成运营或在开发建设中。据Global CCS Institute统计，截至2020年11月，全球共有26座商用设施处于运营中，总年处理能力约4000万吨。大部分百万吨级设施以EOR为依托。
Occidental Petroleum的Century Plant是目前在运行的最大项目，年处理能力840万吨，收集到的二氧化碳被用于该公司在Permian盆地的EOR项目。雪佛龙的Gorgon则是目前世界上最大的CCS专门项目，该项目独立于EOR，年处理能力400万吨。Gorgon CCS设施是雪佛龙获批Gorgon LNG项目的条件之一，Gorgon气田分离出来的二氧化碳将被注入CCS设施。中石化也在2021年启动了国内首个百万吨级CCUS（碳捕集、利用与封存）项目建设。
近年来，CCS技术在不断发展之中。二氧化碳的捕捉主要通过四种路径：燃烧前脱碳技术、燃烧后脱碳技术、富氧燃烧技术和直接空气捕捉。根据二氧化碳浓度、气流压力与燃料类型等因素的不同，可选择不同路径。燃烧后脱碳捕捉效率最高、相对成本低，是目前商业项目使用的主要技术。二氧化碳分离技术主要包括吸收（物理吸收、化学吸收）、低温分离、膜处理等。通过与吸收剂（如氨基化合物、碳酸钾溶液等）发生化学反应从原料气体中分离出二氧化碳是目前工业中应用最广泛的分离方法。
和天然气一样，收集后的二氧化碳根据项目的综合考量，可通过管道、船舶、火车和汽车进行运输。各个运输方式适用场景不同，其中管道成本相对最低，但新建管道前期投资大。为避免气流腐蚀输气管道，二氧化碳气体需经烘干处理。业界也在不断探索不同相态的二氧化碳管道运输。
而捕捉的二氧化碳的封存方式主要包括地质封存（在地质构造中，例如石油和天然气田、不可开采的煤田以及深盐沼池构造），海洋封存（直接释放到海洋水体中或海底）以及将CO2固化成无机碳酸盐。目前主流的封存以地质存储为主，适合封存的构造和大的排放点源之间的对应关系仍然需要评估和梳理。当前，全球范围内集合二氧化碳捕捉、运输和封存一体化的项目经验仍然十分有限。
据笔者了解，不同的二氧化碳捕获点源和储运设施组合，成本不尽相同，目前大部分CCS项目捕获和封存二氧化碳的成本在60-100美元每吨，高于各大碳交易市场当前的碳价。且与大部分基建项目类似，CCS属于资本密集型的长期投资项目，项目前期投资巨大。Gorgon CCS项目碳储存部分的投资在2020年中达到了31亿美元。
基建项目的投资模式一般基于长期稳定的现金流收入和低成本的债务融资，以实现项目盈利并每年回馈股东稳定的现金流。银行可融资性是最终投资决定的重要考量。目前的CCS项目，还没有清晰的商业模式和收入机制，可融资性极低，私营部门企业投资积极性不高。此前的投资逻辑主要是通过辅助EOR产生额外的原油收益或者作为化石能源项目开发通过审批的必要条件，项目开发基本依靠企业的自有资本或一定程度的政府补助。
虽然CCS并非一项全新技术，但依旧存在技术上的不确定性，尤其是规模化推进还处于初期。Gorgon项目延迟了三年才投产，开始运行后也未能实现设计处理能力。一些分析师认为高成本是造成CCS项目难以推进的主要因素。笔者认为，高成本反映了当前技术的局限性。一项技术的商业化过程，是不断试错与积累，地质构造是否合适，运输、注气设备能否经得住腐蚀，都是需要实践积累的过程。因此，技术进步仍是推动CCS发展的最根本路径。
由于自身缺乏经济性，此前CCS商业化投资热度并不高。但随着越来越多的国家承诺实现碳达峰碳中和，相关配套政策陆续出台，为新的项目开发注入了强心剂。挪威早在1991年推出的碳税激励开发了Sleipner 和Snohvit两大CCS项目。西澳大利亚州政府把注入至少80％的天然气处理过程产生的储层二氧化碳作为批准雪佛龙Gorgon LNG项目的强制条件之一，催生了Gorgon CCS项目。美国2020年底再次修订45Q规则，并在2021年初颁布适用指南，承诺为不同类型的CCS项目提供35-50美元每吨的税务抵免额度。英国政府将在11月格拉斯哥气候峰会前，宣布CCS项目补贴政策和中标项目。目前市场分析，政府或为项目产生的碳证承购协议提供支持，或把CCS项目作为受政府监管的公共服务基础设施，明确捕捉和封存收费。虽然细节还未公布，但这些措施都旨在进一步明确CCS项目的经营模式，提高项目获得融资的可能性，进而提高私营部门的投资积极性。
以英国电力市场改革中所采用的差价合约（CfD）为例，无论市场电价如何变化，通过该机制，英国政府保证了新能源发电项目开发商在合同期限内的收益是稳定的。CfD成功提高了可再生能源发电的竞争力，3.6GW的Dogger Bank海上风电项目也因此实现了55亿美元的项目融资。相信即将出台的CCS政策会对前期投资大、回报周期长的CCS项目投资起到相似的促进作用。
另一方面，2021年以来，碳交易市场在饱受新冠折磨的经济中脱颖而出，一次次创下历史新高。EU ETS碳价从5月开始，保持在每吨50欧元以上。如果长期稳健的碳交易市场能够形成，对CCS项目开发是重大利好。长期的碳证承购合约和可参考的基准价格标杆，是大型项目实现可融资性的必要条件。
由于人类短期无法脱离化石能源经济，CCS是实现碳中和的必要技术。无论是生物质能结合碳捕集与封存（BECCS），还是蓝氢（煤炭天然气制氢结合CCS），CCS都是不可或缺的。IPCC也指出大规模部署CDR存在各种不确定性、副作用和风险，因此，在出台政策鼓励投资的同时，监管必须到位，以实现这一产业的可持续性发展。
（本文仅代表作者个人观点）
参考资料
二氧化碳捕获和封存, IPCC, 2018
https://www.boilingcold.com.au/times-up-on-gorgons-five-years-of-carbon-storage-failure/
https://www.whitecase.com/publications/insight/carbon-capture/us-tax-credit-encourages-investment
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