探索清潔能源路徑：二氧化碳儲存的角色

執(zhí)行摘要

碳捕獲、儲存和利用在實現(xiàn)氣候目標(biāo)方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用

碳捕獲、利用和儲存（CCUS）技術(shù)為在關(guān)鍵工業(yè)流程和在電力部門使用化石燃料方面實現(xiàn)深度二氧化碳（CO2）減排提供了重要機(jī)會。CCUS還可以實現(xiàn)新的清潔能源途徑，包括低碳氫氣生產(chǎn)，同時為許多二氧化碳去除（CDR）技術(shù)提供基礎(chǔ)。

在清潔技術(shù)情景（CTS）中，到2060年，CCUS部署達(dá)到115億噸CO2（GtCO2），捕獲的CO293％被永久儲存。清潔技術(shù)情景中，CCUS的部署水平需要從目前的水平＜目前有18個大型項目捕獲約3300萬噸CO2／年＞迅速增加，。

顯然，在化石燃料消費有增無減之間切換本身并不能為氣候變化提供長期答案，但是在具體國家、部門和時間范圍內(nèi)，使用排放強度較低的燃料，CO2和空氣質(zhì)量可能從中獲益。對煤炭和天然氣進(jìn)行碳捕獲、利用和儲存技術(shù)的部署是未來的另一個關(guān)鍵變量。

限制二氧化碳儲存的可用性將增加能源轉(zhuǎn)換的成本和復(fù)雜性CO2儲存是CCUS機(jī)會的關(guān)鍵組成部分。為了更好地了解CCUS作為氣候緩解技術(shù)組合的一部分的價值，作為清潔技術(shù)情景的變量—到2060年將CO2儲存可用性限制在10Gt CO2—限制性CO2儲存方案（LCS）中的變量。這增加了實現(xiàn)與CTS相同的減排的成本和復(fù)雜性，特別是對于水泥生產(chǎn)等關(guān)鍵工業(yè)部門而言。LCS的電力、燃料轉(zhuǎn)型和工業(yè)部門的額外投資需求為13．7萬億美元，比實現(xiàn)CTS所需的額外投資高出40％（4萬億美元），而基準(zhǔn)則要高參考技術(shù)方案（RTS）。限制二氧化碳儲存的可得性，由于依賴更昂貴和新的技術(shù)，工業(yè)部門在2060年相對于CTS的邊際減排成本將翻一番，從每噸CO2（tCO2）約250美元增至500美元。選項。在電力部門，2060年的邊際減排成本將從CTS的250美元／噸CO2增至450美元／噸CO2。

整個能源系統(tǒng)都會感受到這種影響

直接依賴CCUS的部門邊際減排成本較高，將導(dǎo)致整個能源系統(tǒng)的緩解活動發(fā)生變化。在LCS中，燃油轉(zhuǎn)化部門的累計CO2排放量比CTS增加55％（17Gt CO2），工業(yè)部門增加2％（4．8GtCO2），電力部門增加2％（5．7GtCO2）。這將需要作出更多努力，減少建筑物和運輸部門的排放量，相較于CTS，排放量分別低15％和6％。在建筑部門，這些努力將包括進(jìn)一步加速逐步淘汰化石供熱技術(shù)。積極部署非常高效的技術(shù)（發(fā)光二極管、熱泵和空調(diào)）需要立即開始，并比CTS更快地擴(kuò)大規(guī)模。在運輸部門，需要改變行為，并大力推動政策，使鐵路活動增加8％，2060年公共汽車活動（行駛車輛公里數(shù)）比CTS增加16％，同時增加電氣化和減少小型輕型小型車輛的活動。2060年，貨運卡車活動也將減少9％。到2060年的全球CO2排放量，按情景和累計排放量劃分（按部門和情景劃分）

限制CO2儲存將推動新的電力需求

即使采取強有力的效率措施，LCS的電力部門也需要大量新的投資，與CTS相比，2060年發(fā)電量將額外增加6130太瓦時（TWh）（增加13％）。這將需要額外的3325吉瓦（GW）的裝機(jī)容量，接近2017年全球裝機(jī)容量的一半。幾乎所有新增的裝機(jī)將是風(fēng)能和太陽能光伏（PV），到2060年LCS的裝機(jī)容量將提高25％。這些技術(shù)如此迅速和廣泛地擴(kuò)大規(guī)模，可能對某些地區(qū)的土地使用、許可和基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展產(chǎn)生影響。例如，與CTS相比，LCS中需要增加大約173000臺陸上風(fēng)力渦輪機(jī)（假設(shè)平均尺寸為5兆瓦）。在國內(nèi)可再生能源能力受到限制的情況下，進(jìn)口氫基燃料可能是一種可行的替代辦法。LCS的電力需求增長大部分將由工業(yè)和燃料轉(zhuǎn)型部門推動，特別是由于對電解氫的依賴程度更高。到2060年，LCS中，全球約9％的發(fā)電量將用于生產(chǎn)合成碳?xì)浠衔锶剂?，由專用的離網(wǎng)可再生發(fā)電提供支持。這將需要大規(guī)模擴(kuò)大氫的生產(chǎn)，并擴(kuò)大氫運輸?shù)南嚓P(guān)基礎(chǔ)設(shè)施，或進(jìn)一步轉(zhuǎn)換合成碳?xì)浠衔锶剂匣虬薄CS情景相對于CTS情景的全球最終能源需求變化（2060年）

限制二氧化碳儲存的可用性意味著，與CTS相比，LCS中二氧化碳捕獲的發(fā)電幾乎將消失，在CTS情景中，在2060年，涉及CCUS的煤電、氣電和生物質(zhì)設(shè)施的裝機(jī)容量約為615GW。在LCS中，燃煤發(fā)電廠將分階段實施CCUS，2025～2040年的年均裝機(jī)容量為60GW，而在CTS中的年均裝機(jī)容量為45GW。提前的退役將導(dǎo)致2017年至2060年間收入損失約1．8萬億美元。LCS和CTS情景中全球裝機(jī)容量變化，按燃料劃分

工業(yè)需要重大技術(shù)變革

在LCS中，鋼鐵和化工行業(yè)的生產(chǎn)將更加顯著地轉(zhuǎn)向非化石燃料路線和更新穎的技術(shù)選擇。到2060年，25％的液態(tài)鋼、大約5％的氨和25％的甲醇生產(chǎn)將依賴于電解氫。就鋼鐵而言，雖然這一過程還有待大規(guī)模試驗，但已計劃進(jìn)行試點。水泥生產(chǎn)排放的三分之二是工藝排放，由于缺乏具有競爭力的CCUS替代品，該部門將吸收LCS中幾乎一半的可用二氧化碳儲存能力。相對于CTS，在這一部門使用二氧化碳儲存將到2060年，減少約15％（0．7GtCO2），水泥部門的排放量將同時增加（水泥排放量累計增加1％）。

合成碳?xì)浠衔锶剂蠈⑷〉猛黄?/p>

CCUS是燃料轉(zhuǎn)化行業(yè)的低成本減排選擇，為CTS部門實現(xiàn)的減排量貢獻(xiàn)了近一半。這包括通過部署具有碳捕獲和儲存的生物能源，支持該行業(yè)到2060年成為凈碳負(fù)數(shù)。由于CO2儲存有限，基于生物二氧化碳的合成碳?xì)浠衔锶剂蠈⒏笠?guī)模地作為替代BECCS．在LCS中，這些燃料需要大約4700TWh的電力，并取代全球化石初級石油需求的9％和天然氣需求的2％。

實現(xiàn)凈零排放將更具挑戰(zhàn)性

限制二氧化碳儲存的可得性將增加在水泥生產(chǎn)等關(guān)鍵部門直接減排的挑戰(zhàn)，同時將限制采用CDR或＂負(fù)排放＂技術(shù)。在碳中和能源系統(tǒng)中，這些技術(shù)需要補償難以直接減少的剩余排放。在將未來溫度限制在1．5°C的許多途徑中，全球排放量在本世紀(jì)后半葉變?yōu)閮糌?fù)值，這將取決于CDR技術(shù)和CO2儲存的大量部署。因此，2060年以后對二氧化碳儲存的持續(xù)限制不太可能符合長期氣候目標(biāo)。