吳昌華｜裡夫金辦公室中國主任、環球中國環境專家協會執行理事

世界首富埃隆·馬斯克，在全球領跑零碳的科技創新新賽道上，堪稱一個“教主”級人物。無論是電動交通，還是民用航天火星旅行，都是一種“激起千層浪”的轟動，引爆“下一個風口”的關注。如今，這個“爆點”是碳捕獲、利用和封存(Carbon Capture, Utilization and Storage，簡稱CCUS)。

馬斯克推特截圖

1月21日，馬斯克宣佈，自己掏腰包拿出一億美元，獎勵開發出最佳碳捕獲技術的個人或公司，條件是技術可以快速規模化，切實可行，而又最具經濟性和市場前景。使命很明確，減少大氣層中的二氧化碳。訊息是透過他本人擁有4270萬粉絲的推特賬號釋出的，文中提到的“下週”釋出細節，迄今還沒有看到。但是，瞭解他的人知道，這不是個“煙霧彈”，所以，大家都在期待大獎細節的出爐。

在碳捕獲這個點上，比爾·蓋茨看好兩個“切入“機會，一是在煤電或天然氣發電廠，或者水泥廠、鋼鐵廠直接捕捉排放的煙氣，從中分離二氧化碳，一般濃度達到15%；二是在大氣中直接捕捉，目前大氣中的濃度為410ppm，可以直接“抽捕”。這裡的優點是，捕捉設施可以在任何地點，尤其是那些可以簡單液化和地質封存的選址。目前的現實挑戰是成本高昂。

普利策獎得主、美國知名科學記者Elizabeth Kolbert 親自到位於冰島的一個大氣直接捕碳封存設施考察，得到對CCUS的“直觀”理解，之後，在最新著作《白色天空之下：未來的自然》如此寫道，實現升溫控制2°C或者1.5°C，“在數學上帶有極度懲罰性”，真正做到1.5°C，人類需要“在十年內減排到近零”，需要“大力改造農業系統，變革製造業，徹底取消汽油、柴油車，替代目前幾乎所有化石能源電廠”，而”二氧化碳去除則提供了一個改變這個數學等式的方法”， “從大氣中直接抽出大量的二氧化碳” ，甚至是做到“負碳”，起到“可行的平衡作用”。

實現淨零碳排放，離不開CCUS的貢獻

首先，讓我們理解一下支柱級領跑零碳關鍵技術的國際共識。能源生產和消費革命是實現淨零碳排放的關鍵，清潔能源、節能、電氣化、氫能、迴圈經濟等都在”處方“單子上，同時，“負碳”科技也成為破解難題的必要選擇，因為完全替代化石能源受到各種制約，包括成本、資源稟賦、能源安全、近期社會經濟影響等。

目前，“負碳”主要有兩個大的版塊，一是依賴自然生態系統自身的“碳匯“功能，恢復和強化植被、土壤、海洋等的“吸碳”功能；二是碳捕獲、封存和利用。正如其字面意思，CCUS是指透過整合各種相關技術，把排放的二氧化碳捕捉，或者地質封存，或者將其利用，亦或兩者兼備，做到安全和長久封存，實現減排，貢獻實現《巴黎協定》的1.5°C升溫控制目標。

國際共識，到本世紀中葉實現淨零碳排放，離不開CCUS的貢獻。據國際能源署分析，實現淨零碳排放，2018年到2060年間，全球需要CCSU助力解決115吉噸的二氧化碳排放，佔到所有實現零碳減排的13%。在捕捉的碳中，93%需要地質封存，7%被再資源化利用。CCUS在近期的主要貢獻，鎖定在改造現有化石能源發電和工業設施過程中，到2030年，全球碳捕捉超過一半的量將來自這些資產的改造升級。之後，重點會轉移到生物能源和空氣去碳的捕捉，並作為氣候中和合成航油的來源加以利用。整體預測，全球60%的碳捕捉與化石能源直接關聯，剩下的40%來自工業過程、生物能源和空氣去碳。

普林斯頓大學的“零碳美國”研究中，提出美國實現淨零排放路線圖的六個支柱，第四個支柱則為“二氧化碳捕捉、運輸、利用和封存”，明確CCUS在水泥生產、燃氣發電和生物質發電、天然氣改造、生物質基燃料生產的貢獻潛力，還有在某些情況下直接空氣捕捉。《美國聯邦稅號法》明確，長久儲碳專案享受稅收抵免，包括驅油或者地質封存。碳排放源可以是煤炭、石油、工業過程等；稅收抵免支援始於2008年，到2018年，增加到驅油每噸35美元，地質封存每噸50美元。合格專案的建設日期不得遲於2024年1月1日。這個稅收抵擴音供了一個穩定而且可以預期的儲碳的價值，目的是加快降低CCUS的成本。也是透過這種激勵，美國聯邦政府認同了CCUS科技對減排的貢獻。

麥肯錫對“零碳歐洲”的路線圖分析中指出，到2050年，歐盟需要每年捕捉2.05億噸二氧化碳，才能兌現淨零排放承諾。2020年初，歐洲委員會透過“可持續金融”技術工作組，對於CCUS貢獻淨零排放目標實現做了定義，《歐盟可持續金融分類法》針對不同行業用“碳強度界限”來識別碳捕獲助力經濟活動執行可以接受的效能標準。

在捕捉上，歐盟從“賦能經濟活動”減排角度看待CCUS技術，這些活動包括髮電、生產氫、鋼鐵、水泥和化學品等。雖然《分類法》在考慮生命週期排放維度上排除考慮CCUS，但是，也明確支援CCUS技術在那些不可能完全依賴轉換使用可再生能源去碳的重工業行業的應用，比如發電，碳捕獲可以確保靈活、全年發電的電廠完全去碳，像天然氣發電；同樣，牽扯到煤炭的驅油和CCUS應用則不符合“界限”的要求，也不符合《分類法》中可持續活動的要求。另外，CCUS也被納入歐盟碳交易市場。

作為全球最大的能源生產國和消費國，中國目前每年排放超過全球總量的20%，中國提出的2030-2060年從排放達峰到碳中和發展路徑，更是離不開CCUS的貢獻。2018年，中國總碳排放量為大約100億噸。中國煤炭發電廠中60%廠齡平均在10年左右，超過100吉瓦的裝機屬於超超臨界機組，到2030年，煤電效率會進一步提升，達到50%。

一些主流專家研究指出，實現目標，要求前所未有之規模的CCUS應用；中國有大約850吉瓦的煤電、天然氣發電和生物能源發電設施可以儘快安裝碳捕捉裝置，這樣一來，中國可以繼續運營一些煤電設施，減緩領跑零碳轉型過程中潛在的社會負面影響。除了電力，中國還有大型的工業和製造行業，需要加速去碳，可以預見CCUS的重要角色。中國目前只有一個大型CCUS設施在一個油田投入運營，7個在建或計劃建設專案，迫切需要增大投資。

加大投資是CCUS應用的關鍵

到2050年，實現淨零碳排放，釋放出50萬億美元的投資機會。有行業預測，中國實現2060年之前碳中和，產生超過5萬億美元的投資需求。國際能源署估計，做到與《巴黎協定》目標吻合的CCUS應用規模，需要大約9.7萬億美元的投資。

從科技發展看，CCUS已經被證明成熟可行。工業規模捕捉二氧化碳自1938年開始成功運營，地質封存從1972年開始成熟運營，也就是說，CCUS核心技術至少已有40多年的歷史。

從基礎設施看，目前已有二氧化碳運輸和儲存網路讓我們對下一步需求有了更清晰的認識，比如北美現有8000公里長的二氧化碳運輸管道，為了實現最大程度減排，需要再增加3.5萬公里。 同樣，歐洲、中國和中東在建的工業園區，提供降低成本的機會，加快CCUS的應用。

從專案上看，目前，全球已有19個大型產業規模專案和兩個大型電力CCUS設施在執行中，這21個專案加起來每年捕捉4000萬噸二氧化碳，另外，還有20個在建專案。大型投資的CCUS專案和相關的基礎設施，從設計到上線，需要6到10年的時間。國際能源署、聯合國政府間氣候變化委員會和諸多其他機構的估計，到2030年，CCUS專案必須擔負每年減緩1.5吉噸的排放，是今天已有能力的35倍。於是，凸顯加快投資相關專案和基礎設施的緊迫感。

CCUS技術上可行，但成本依舊高昂，所以，不斷降低成本是破解制約的關鍵之一。如果給煤炭、天然氣和石油、相關工業產業的公司一個碳捕獲或碳再利用的稅收抵免，有助於快速降低成本。美國、歐盟都已經推出激勵政策，期待更多的國家和地區緊緊跟上步伐。

一些行業已經具備相對成本優勢，展現實現商業規模應用的潛力，比如生產氣、天然氣制氫、生物質發酵，佔到現有運營設施的84%。這些工藝過程產生高濃度二氧化碳，與其他工藝過程相比，分離二氧化碳更容易，成本也低。相比較而言，水泥和鋼鐵行業捕捉中的二氧化碳濃度較低，不足30%，所以這些行業的推進比較緩慢，更需要充分的政策激勵。

在這個賽道上，已經湧現諸多領跑者。挪威議會正在準備議案，支援投資目前世界最大的碳捕獲專案，加速減少排放，激發科技騰飛。專案首先在一個水泥廠推進。由Gassnova公司運營，稱為“Longship” 專案。合作伙伴包括Equinor、殼牌、道達爾。Northern Lights公司負責透過管道傳輸液態二氧化碳，到海底的一個蓄池裡封存。基本共識是，離開大規模封存，挪威不可能實現氣候承諾。

英國王儲查爾斯親王支援一個“Net Power” 專案，與日本東芝公司合作，在氧氣中燃燒天然氣，捕捉純二氧化碳，經過加熱，用於發電，剩餘的二氧化碳或者被封存，或者用來驅油。其技術可以用於燒煤或者燒天然氣，經濟性上非常有競爭力，比目前不捕捉二氧化碳的電廠更加有經濟實效性。目前的計劃是，透過技術許可，透過成本有效的碳捕捉和封存技術，向全世界推廣。

美國的得克薩斯州是典型的碳氫經濟主導當地產業和經濟的例子，也是眾多油氣巨頭和石油化工巨頭的聚集地。目前，政府正與企業密切合作，探索如何加強科研，振興本州經濟，抓住時代機遇。一方面，提升現有CCUS技術的效率和效益，嘗試新的燃燒過程，另一方面，拓展碳氫產品的應用領域，從碳氫原料，到新的碳基材料，工業加工和發電中對二氧化碳的新使用等，都將惠及本州的經濟和環境未來的健康。

美孚今年二月份季度報表調整中宣佈了一個新的重大商業計劃，加碼拓展全球低碳技術投資組合。美孚在CCUS領域耕耘了30多年，所以有足夠的底氣說，在全球所有捕捉和儲存的二氧化碳中，美孚佔據40%的天下。美孚還計劃評估在美國的懷俄明州、荷蘭、比利時、蘇格蘭、新加坡和卡達等地的機會。公司計劃，作為一個真正全球化的商業企業，來解決全球氣候變化挑戰。

“下一個風口”：迴圈碳經濟

二氧化碳的資源化利用，已經被公認為是“下一個風口”級的機遇，也有人稱其為“迴圈碳經濟”。將捕捉的二氧化碳轉換成有價值的產品，目前看到的主要有水泥和骨料、燃料和化學品，還有耐用碳纖維；二氧化碳轉換成燃料的產品（和中間產品）包括一氧化碳、合成氣（氫氣和一氧化碳混合物）、甲醇，還有最終形成長鏈碳氫化合物。

在二氧化碳為基礎的水泥和骨料上，市場上已經出現許多銷售這類產品的公司；二氧化碳生成燃料，可以實現碳中和或負碳，也可以用做替代燃料，尤其是在那些難以減排的行業，如航空和船運，但是需要消耗大量能源來生產合成；耐用二氧化碳為基礎的產品，目前集中在碳纖維、碳管、塑膠和複合材料。

各種創新還在繼續。美孚計劃推出碳化燃料電池，可以從發電廠集中捕獲碳排放。FullCell Energy 正與美孚合作開發這項新技術，據稱可以大幅降低碳捕獲的相關成本。目前在美國的阿拉巴馬州進行示範。

光合作用是二氧化碳轉換成糖的起點，最早這類應用是在航天，宇航員撥出的二氧化碳轉換成糖，然後轉換成食物。火星上，大氣中96%是二氧化碳，是生成燃料和其他產品的完美碳源。美國宇航局和馬斯克的SpaceX 已經在火星上用二氧化碳制甲烷，為航天飛船返航生產所需燃料。航天工業早就在探索二氧化碳作為有價值的商品和原料了，航天火箭承載每磅回程燃料需要燃燒200多磅燃料，所以，以後飛往火星的航天飛船不必要載著沉重的燃料飛行。

在CCUS上耕耘多年的Oxy公司，正在與休斯頓本地的一個初創公司Cemvita Factory合作專案。Cemvita利用基於光合作用原理的一個創新工藝，生產使用二氧化碳的一系列化學品和產品，二氧化碳原料來自某個企業的捕捉。其方法是，試著將生物技術與重工業融合來解決問題。合作的第一個主要專案，轉換二氧化碳為負碳生物乙烯。到目前為止，Cemvita 已經識別了接近30種用二氧化碳形成的不同分子。商業策略是走向客戶，理解客戶的碳排放和商業發展模式，共同探索碳捕捉後的產品生產或者採購二氧化碳製造的產品，最後做到閉環。

中國的一個科技初創企業光合新能，透過等離激元技術，開創實現碳資源大規模迴圈利用的可能，利用陽光（或者廢熱）催化二氧化碳，合成燃油、燃氣和新材料原料，催化純水制氫，真正實質性地打通了規模化減碳路徑。而且，它的一切應用場景和條件是現成的，所有現有車輛和大型運載工具及機器裝置可以直接使用合成的高純燃油和燃氣，現成的化工材料體系完全直接對接二氧化碳轉換而來的烷烴和烯烴等化工原料。

創新，令人振奮。興奮之餘，我們仍有許多懸而未決的問題要探索。據專家估計，碳利用市場最多每年能夠消納1-2吉噸捕捉的二氧化碳，更何況轉換過程需要消耗大量能源，潛在增加生命週期的排放量。於是，我們明白了馬斯克掏錢設獎的用意。

文｜吳昌華

編輯｜李思楚