碳捕集技术如何助力实现《巴黎协定》的关键目标

Carbon capture could remove most of the emissions from the atmosphere which come from factories like this.
Industrial carbon capture and storage (CCS) could help energy intensive industries to grow, while removing almost all of the emissions generated by them from the atmosphere.Image: Unsplash/Marek Piwnicki
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  • 要实现《巴黎协定》将全球升温控制在2摄氏度以内的目标,必须减少能源密集型行业的二氧化碳排放。

  • 碳捕集与封存(CCS)技术有潜力从一座工业工厂中去除高达90%至99%的二氧化碳排放。

  • 然而,要支持这一技术,将需要政府持续提供大量资金。

要实现《巴黎协定》提出的长期目标,即将全球变暖幅度控制在远低于2摄氏度的水平,一个关键挑战在于大幅减少能源最密集型行业产生的二氧化碳(CO2)及其他温室气体排放。国际能源署的一份最新报告显示,水泥、钢铁和化工等这些行业约占全球二氧化碳排放量的20%。这些行业的排放尤其难以减少,因为除了能源使用产生的排放外,工业排放中有很大一部分来自生产过程本身。

例如,在水泥行业,约一半的排放来自石灰石分解为石灰和二氧化碳的过程。虽然转向太阳能或风能发电等零碳能源有望降低电力行业的二氧化碳排放,但对于高排放的工业流程而言,并不存在简单的替代方案。

工业碳捕集与封存(CCS)技术值得关注。该技术可提取点源碳排放并将其封存于地下,有潜力从工业设施中去除高达90%至99%的二氧化碳排放,包括与能源相关的排放和工艺排放。这引出了一个问题:仅依靠CCS技术,难减排行业能否在持续发展的同时,几乎消除其产生的所有二氧化碳排放?

答案是肯定的。一项新研究发表于期刊《Applied Energy》该研究由以下机构的研究人员共同撰写:麻省理工学院全球变化科学与政策联合项目、麻省理工学院能源倡议,以及埃克森美孚。

该研究使用了麻省理工学院经济预测与政策分析(EPPA)模型的增强版本。该模型体现了不同的工业CCS技术选择,并假设CCS是难减排行业唯一可用的温室气体减排方案。研究评估了在旨在将全球平均地表温度升幅控制在工业化前水平以上2摄氏度的气候政策下,CCS部署的长期经济和环境影响。

研究人员发现,如果不部署工业CCS,与有CCS时的政策成本相比,实施2摄氏度政策的全球成本在2075年将高出12%,在2100年将高出71%。他们得出结论认为,工业CCS使难减排行业的能源密集型产品的生产和消费能够持续增长,同时大幅减少其产生的二氧化碳排放。其预测显示,随着工业CCS在本世纪中叶获得推广,这种增长不仅发生在全球范围内,也发生在地区层面(主要集中在中国、欧洲和美国),并体现在水泥、钢铁以及化工行业。

CCS有潜力从工业工厂中去除高达90%至99%的二氧化碳排放。Image: Science Direct

“由于工业CCS能够实现工业排放的大幅减少,因此在成功实施与《巴黎协定》长期气候目标相一致的政策过程中,它是一项至关重要的减排方案,”该研究的第一作者、麻省理工学院全球变化联合项目副主任兼麻省理工学院能源倡议高级研究科学家谢尔盖·帕尔采夫(Sergey Paltsev)表示。“随着技术的进步,我们的建模方法可为决策者提供一条路径,用以预测工业CCS在各行业和各地区的部署情况。”

但是,如果没有大量持续的资金投入,这些进展将无法实现。

“如果要让CCS发挥其潜力,促进能源密集型行业的增长并维持稳定的气候,就需要数十年持续的政府政策支持,”该研究的共同作者、麻省理工学院能源倡议高级研究工程师霍华德·赫尔佐格(Howard Herzog)表示。

研究人员还发现,先进的CCS方案(如低温碳捕集(CCC))可以助力扩大CCS在工业领域的应用。低温碳捕集是指将捕集的二氧化碳冷却为固态,其耗电量远低于传统的燃煤和燃气CCS技术,从而可进一步降低生产成本和排放。

该研究得到了麻省理工学院全球变化联合项目赞助方的支持,埃克森美孚也通过其在麻省理工学院能源倡议中的成员身份提供了支持。

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