全球实现碳捕集与封存(CCS)技术

CCS需要轰轰作响,而不是呜咽着开始

作者:卡雷·赫勒和安妮·路易斯·科弗德
蒙斯塔德CCS设施

图片来源:蒙斯塔德技术中心(TCM)

碳捕集与封存(CCS)要对我们的能源系统脱碳做出有意义的贡献,就需要轰鸣而不是呜呜而起如果CCS有机会从低碳经济中其他快速发展的要素(如可再生能源和存储)所享受的成本学习曲线率中获益,现在就需要大规模的项目。

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Kaare赫勒

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安妮·路易斯·科弗德

安妮·路易斯·科弗德

能源转型首席研究员

预测者很少希望被证明是错误的。在DNV,我们的能源转型展望(ETO)的预测是CCS在2050年只能捕获1.5%的排放量。换句话说,如果没有商业激励的巨大转变,CCS将不会取得有意义的进展。我们的工作不是预测不寻常的事情。

当世界各国领导人聚集在波兰卡托维兹参加COP24时,他们最好记住,几乎每一个未来变暖2度(或更好)的情景都包含了CCS的重要作用——远远高于我们的预测。

视野的变化

是什么让CCS达到如此惊人的高度?当然不是它在过去十年中走过的道路,在过去十年中,见证了一系列次优的示范项目,除了需要CCS的紧迫性之外,它没有改变任何关于CCS的事情。

解释CCS缺乏进展的标准论点是,相对于更便宜、更容易获得的能源效率提高和/或更广泛的可再生能源建设,CCS太昂贵了2

我们自己对2050年能源前景的预测显示,能源行业将迅速过渡到以可再生能源为主的电力行业,并向广泛的电气化(特别是道路交通)过渡,随之而来的是效率的提高。然而,根据我们的预测,所谓的2度碳预算将在2037年耗尽。

我们预测的其他结果也很有启发性。例如,即使从今天起所有的电力都由可再生能源产生,世界仍然无法实现COP21巴黎协议的雄心。

未来不可能只有2个学位。我们不能再放一氧化碳了2排放到大气中,为此我们至少需要同时发射三颗子弹:能源效率、可再生能源和CCS。

只要化石能源还存在,就需要CCS来缩小排放差距。为了实现《巴黎协定》的目标,推迟减排是一个代价高昂且高风险的选择。

如果大规模的CCS仍然是一个不断消失的地平线,碳氢化合物行业将会遇到越来越多的困难来证明当前的勘探和生产水平,更不用说未来了。

认为立即取得大规模进展的一个论点是相当违反直觉的。能源系统正在脱碳:我们的《展望》预计,未来十年与能源相关的排放量将基本持平,2025年将达到最高水平,比目前高出约3%。在本世纪中叶之前的剩余时间里,排放量将稳步下降,到那时,排放量将减少近50%,至约18 Gt CO .2每年。几乎不需要指出捕获CO的时间2并不是全球排放量的末端。

但是,现在大规模启动CCS的一个更有说服力的理由是成本学习曲线的经济性——容量每增加一倍,成本就会下降(见图1)。目前的政策并没有给CCS带来任何类似于风能、光伏或电动汽车和电池等其他技术的推动。

为什么没有CCS ?

成本是CCS部署的主要障碍。到目前为止,只有在政府的干预下,才会在发电厂和工业源上安装或改造CCS。提高采收率(EOR)是唯一可行的商业方案。

事实是,不减排的替代方案是,而且一直是更便宜的选择。

大多数经济学家认为,碳定价是激励减排的最具成本效益的方式。然而,全球85%的排放目前尚未定价,其余15%的排放大多定价低于10美元/tCO2根据世界银行的数据2018年碳定价趋势现状

碳价格的指针预计不会有太大的变化——即使有越来越多的碳定价倡议,以及北欧国家和法国等地更高的碳价格的例子。事实上,在DNV,我们预测碳价格将在2050年达到60美元/tCO的峰值2在欧洲和中国,其价格在25-50美元/tCO之间2

技术本身并不是CCS的抑制剂。CCS价值链中的技术要素被认为是相当成熟的,在20世纪70年代末首次出现在工业界。

权力还是工业?

无论在发电还是在工业过程中,只要有排放,就需要CCS。这个游戏的名字是停止排放二氧化碳2到大气层。

可以说,CCS在发电中的作用可以被可再生能源更强大的作用所取代。但只要能源结构中还存在化石燃料,就需要CCS。由于电力系统仍然主要由国家控制,CCS的强制实施可能会遵循污染者自付原则,促进不同类型能源之间的公平竞争。此外,水泥、钢铁、氢和氨等行业都有二氧化碳排放2是作为生产过程的一部分创建的。

水泥工业约占人为CO的5%2发射。相比之下,全球汽车保有量约占8%。在水泥生产过程中,大约1/3的排放来自能源使用,在许多情况下来自煤炭,我们可以假设这些可以被替代能源取代。剩下的排放来自石灰石(CaCO)的减少,除了CCS,我们没有别的选择3.)转化为中间水泥制品熟料(CaO),并释放CO2

钢铁、氨和铝的生产也可以提出类似的论点。

但这项技术的安装规模从未达到我们现在看到的可再生能源和存储的规模。在部署时,我们预计它的成本学习率与这些行业相似,每增加一倍的产能,成本就会降低15-20%。20世纪80年代和90年代,大型发电厂和其他SOx工业排放者推出的脱硫装置为这种做法提供了一些理由;在不到20年的时间里,这些部门的资本成本减半。

所以,简单地说,为什么CCS没有发生:

  • 碳价格信号太弱了3.和/或碳捕获和储存CO2排放不是法律规定的
  • 技术和成本学习曲线的滚雪球效应尚未释放,CCS成本居高不下

CCS目前在商业上没有意义,而且缺乏有效的政策措施来加速CCS试点和项目。因此,很少有项目能够激发实际经验、专业知识和工业效率,从而降低成本。

爆炸有多大?

需要多少项目才能实现显著的成本降低?

不成熟行业的好处是,它们往往有一个非常陡峭的成本学习曲线——在这里,每增加一个容量就能获得最多的学习。如果我们在全球产能上增加60个全面的新工厂,我们应该能够看到成本下降到目前水平的30%左右。这种学习将在全球范围内适用,而不受地域限制。另一方面,将一些项目集中起来也可以发展足够的区域运输和储存基础设施,使更多的项目更加可行。

如果没有这种规模的“爆炸”,能够降低成本,建立产业共生关系和必要的价值链,CCS技术及其部署就不会偶然发生。这一套技术将只是2摄氏度或更低情景下的一个假设元素,并将被严肃的预测者忽视。

应推动全球合作和协调一致的创新战略,扩大投资和部署。需要政府主导的部署政策(例如,授权、技术投资支持、运营支持以及碳定价)来满足项目的降低风险需求。

同样重要的是由行业驱动的风险分担和防止碳泄漏的举措4.大型油气公司应该看到,为CCS的快速部署提供资金符合自身利益,这是在转型时期保持其产品吸引力的一部分,也是在气候风险定价成为主流的时候满足投资者优先考虑的问题。

在全球脱碳议程中,私营部门的专业知识和工业“重量级”的财政资源必须在部署CCS的项目中发挥作用。CCS技术要在全球范围内实现,关键是近期的行动。



尾注

1“这就是世界终结的方式——不是一声巨响,而是一声呜咽”,这是t·s·艾略特1925年的诗歌《空心人》(the Hollow Men)第一节中经常被引用的一句话。

2正如我们在《能源转型展望》中所表明的,当可变可再生能源(VRES)的份额较低时,可再生能源仍然便宜。一旦VRES份额增长到一个非常高的水平(60%或更多),那么就需要对电力系统进行重大改变。这些调整将需要很多年;因此,在能源结构中保留一些化石燃料有利于稳定,而且总体上更便宜,即使使用CCS。然而,这篇文章指出,当化石燃料在能源系统中占主导地位时,即在下一个十年中,CCS是最需要的。

3.wineurope和DNV(2018)最近针对欧洲的一项分析表明,CCS与CO在经济上具有吸引力2价格为每吨90欧元,允许天然气的广泛使用,而不是其他可能的低碳替代品。到2050年,CCS可以减少大型发电厂剩余的电力生产排放(约50%的排放)和工业相关排放。

4碳泄漏=企业将生产转移到排放要求较低的地区/低碳价格或无碳价格。

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与二氧化碳能源相关的排放预测
图1
CCS成本学习曲线
图2