將二氧化碳投入使用—從排放中創(chuàng)造價值

國際能源署發(fā)布《將二氧化碳投入使用—從排放中創(chuàng)造價值》（推薦）

近年來全球CO2的需求增長（左圖）；2015年需求分解（右）

二氧化碳是一種有價值的商品

全球范圍內(nèi)，每年二氧化碳（CO2）使用量約2．3億噸。最大的消費(fèi)部門是化肥行業(yè)，其中1．3億噸二氧化碳用于尿素制造；其次是油氣部門，消費(fèi)7000～8000萬噸二氧化碳，以提高石油的回收能力。其他商業(yè)應(yīng)用包括食品和飲料生產(chǎn)、金屬制造、制冷、滅火和刺激溫室植物生長等。如今，大多數(shù)商業(yè)應(yīng)用都涉及直接使用二氧化碳。

新的使用途徑包括將二氧化碳轉(zhuǎn)化為燃料、化工產(chǎn)品和建筑材料。這些化學(xué)和生物轉(zhuǎn)化過程正在引起政府、工業(yè)和投資者的日益濃厚的興趣，但大多數(shù)仍處于起步階段，面臨商業(yè)和監(jiān)管挑戰(zhàn)。

CO2為基礎(chǔ)的燃料和化工產(chǎn)品生產(chǎn)屬于能源密集型，需要大量的氫氣。CO2中的碳能夠?qū)錃廪D(zhuǎn)化為更容易處理和使用的燃料，例如航空燃料。二氧化碳也可以取代化石燃料，化工產(chǎn)品和聚合物中的原材料。能源密集程度較低的途徑包括通過礦物或廢渣（如鐵渣）與二氧化碳反應(yīng)，生產(chǎn)建筑材料所需的碳酸鹽。

二氧化碳使用途徑的簡單劃分

二氧化碳使用應(yīng)用的二氧化碳流動

早期市場正在出現(xiàn)，但二氧化碳使用的未來規(guī)模尚不確定

CO2衍生產(chǎn)品和服務(wù)的未來市場潛力難以評估。技術(shù)發(fā)展處于早期階段以及對大多數(shù)對政策框架應(yīng)用的依賴使得對未來市場的估計(jì)變得極具挑戰(zhàn)性。從理論上講，一些二氧化碳的使用應(yīng)用，如燃料和化工產(chǎn)品，可能使二氧化碳的使用規(guī)模增至每年數(shù)十億噸，但在實(shí)踐中，或?qū)⑴c使用低碳氫氣或電力的直接競爭，而后者在大多數(shù)應(yīng)用中更具成本效益。

二氧化碳衍生燃料和化工中間產(chǎn)品的成熟轉(zhuǎn)化路徑

近期擴(kuò)大二氧化碳排放使用的障礙是商業(yè)化和監(jiān)管，而不是技術(shù)。該分析考慮了將5類CO2衍生產(chǎn)品和服務(wù)（燃料、化工產(chǎn)品、礦物建筑材料、廢物建筑材料以及使用二氧化碳促進(jìn)植物生長）中的每個產(chǎn)品每年至少增加1000萬噸二氧化碳的市場潛力。這一CO2使用量幾乎與目前食品和飲料的CO2需求相同。

二氧化碳衍生聚合物的成熟轉(zhuǎn)化路徑

二氧化碳衍生的建筑材料的成熟轉(zhuǎn)化路徑

對于基于CO2的燃料和化工產(chǎn)品，目前生產(chǎn)成本相較傳統(tǒng)的燃料和化工產(chǎn)品生產(chǎn)成本高出數(shù)倍。這主要是由與氫氣生產(chǎn)相關(guān)的成本導(dǎo)致的。在廉價可再生能源和二氧化碳都可用的市場，如智利或冰島，可以進(jìn)行商業(yè)生產(chǎn)。CO2衍生聚合物的生產(chǎn)成本可以低于使用化石燃料的生產(chǎn)成本，但市場相對較小。

由二氧化碳和礦物或廢物生產(chǎn)的建筑材料在目前具有競爭力。與常規(guī)生產(chǎn)的混凝土相比，CO2固化混凝土的成本更低，性能也有所提高。廢物和二氧化碳的建筑材料生產(chǎn)也可以具有競爭力，因?yàn)樗苊饬伺c常規(guī)廢物處理相關(guān)的成本。在建筑材料中將CO2永久存儲在產(chǎn)品中，在CO2固化混凝土的情況下，水泥投入較低，可帶來額外的氣候效益。對于某些具體產(chǎn)品，可能需要試用和更新產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，以支持更廣泛的部署。

使用二氧化碳可以支持氣候目標(biāo)，但需要注意

使用的CO2與避免排放的CO2不同。CO2的使用不一定減少排放，量化氣候效益是復(fù)雜的，需要全面的生命周期評估以及對市場動態(tài)的了解。CO2的使用可在應(yīng)用可擴(kuò)展的情況下提供氣候優(yōu)勢，使用低碳能源，并取代生命周期排放較高的產(chǎn)品。長期而言，在凈零CO2排放能源系統(tǒng)中，二氧化碳必須來自生物質(zhì)或空氣，以實(shí)現(xiàn)氣候效益。與最終向大氣中釋放二氧化碳的產(chǎn)品（如燃料和化工產(chǎn)品）相比，涉及永久碳保留的CO2衍生產(chǎn)品（如建筑材料）的減排量更大。

在有限二氧化碳儲存的氣候路徑中二氧化碳的使用

需要對CO2的用途進(jìn)行改進(jìn)，并對減排潛力進(jìn)行了解和量化。為了為今后的政策和投資決定提供信息，需要根據(jù)明確的方法準(zhǔn)則和透明的數(shù)據(jù)集進(jìn)行強(qiáng)有力的生命周期分析。近年來，若干專家組開始制定這種準(zhǔn)則；然而，由于許多二氧化碳使用技術(shù)開發(fā)處于早期階段，目前仍然具有挑戰(zhàn)性。

CO2的使用是CO2儲存的補(bǔ)充，而不是大規(guī)模減排的替代品。二氧化碳的使用預(yù)計(jì)不會實(shí)現(xiàn)與碳捕獲和儲存（CCS）相同的減排規(guī)模，但可以作為＂所有＂的一部分，并在實(shí)現(xiàn)氣候目標(biāo)方面發(fā)揮作用。在國際能源署（IEA）情景分析中，CO2儲存的有限部署，能源系統(tǒng)內(nèi)的CO2使用量增加（包括生產(chǎn)甲醇和合成碳?xì)浠衔锶剂希趸即鎯μ峁┝硕趸?span>碳排放量減少不到13％。CO2使用產(chǎn)生的負(fù)排放潛力也非常有限。

在對長期進(jìn)行規(guī)劃的同時，培養(yǎng)早期機(jī)會

CO2的未來使用前景將主要取決于政策支持。許多二氧化碳使用技術(shù)只有在氣候政策框架中承認(rèn)其緩解潛力或?qū)Φ吞籍a(chǎn)品有獎勵的傳統(tǒng)工藝相比才具有競爭力。公共采購可以是一種有效的戰(zhàn)略，為具有可核查的氣候效益的CO2衍生產(chǎn)品建立早期市場，并有助于制定技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

預(yù)計(jì)短期內(nèi)二氧化碳使用市場規(guī)模相對較小，但可以開發(fā)早期機(jī)會。這些早期機(jī)會包括建筑材料，但在某些案例中，可在溫室聚合物和工業(yè)CO2中使用。低成本原材料、低碳能源和消費(fèi)者處于同一工業(yè)區(qū)，以及可以利用現(xiàn)有二氧化碳管道的優(yōu)勢，可以提供早期部署機(jī)會。

為了更深入的研究，需要進(jìn)一步的研發(fā)（RD＆D）。這尤其適用于有助于未來CO2凈零排放經(jīng)濟(jì)的應(yīng)用，包括來自生物或大氣CO2的化工產(chǎn)品和航空燃料。這應(yīng)該與低碳?xì)錃馍a(chǎn)的研發(fā)相結(jié)合。

2008～2018年全球CO2使用的初創(chuàng)企業(yè)投資明細(xì)，按投資者類型劃分