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碳中和背景下的环保展望

时间:2021-04-09 09:52

来源:中国银河证券

作者:严明

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  从捕获方法来分,可分为生物法、物理法、化学法三大类。在化学法中,使用 MDEA 为主 体的混合胺溶液吸收 CO2 法仍然具有一定优越性。在 CCUS 中,吸收能力大、吸收速率快、腐蚀性低、再生能耗低等特点的 CO2 的吸收工艺备受关注,生物酶 CA,离子液体与 MDEA 混合胺 溶液等新型吸收体系的研发或将成为今后 CCUS 的发展方向。

  (二)二氧化碳封存和利用

  大规模储存与固定仍然是 CO2减排的主要途径。目前大多数正在进行的 CCUS 项目都是将 CO2 注入沉积盆地或者深海层,但此方法捕集时间可能过长,存在二氧化碳泄露的风险,甚至 会破坏贮藏带的矿物质,改变地层结构;海洋储存运输成本高昂以及会对海洋生态系统带来影 响。另一种方式是,将捕集的碳注入活性岩石中来封存,激发 CO2的矿化作用,从而达到永久 固碳的目的,这样碳返回大气的风险可忽略不计。

  在节能减排的国家发展策略下,发展高效有益的二氧化碳利用技术取代传统的工艺,在 节能减排的同时创造直接或间接的效益,将是 CCUS 发展的新方向。由于碳捕获和储存具有前 沿的技术体系和巨大的工程规模的两个特点,需要花费巨额资本和运营成本,以及额外的能耗。 因此,合理的利用捕获、储存的二氧化碳也十分关键。

  当前 CCUS 技术的应用主要有矿化应用、化工应用和生物应用。矿化应用主要包括:在生产碳酸盐终得应用;在建筑材料中生成骨料和混凝土。化学应用主要包括:在啤酒、碳酸饮料 中的应用;石油三采的驱油剂;焊接工艺中的惰性气体保护焊;将液体、固体 CO2的冷量用于 食品蔬菜的冷藏、储运;在果蔬的自然降氧、气调保鲜剂,以及用于超临界 CO2萃取等行业中 等;无机和有机精细化学品、高分子 材料等的研究应用上。如以CO2 为原料合成尿素、生产 轻质纳米级超细活性碳酸盐;CO2催化加氢制取甲醇;以 CO2为原料的一系列有机原料的合成; CO2与环氧化物共聚生产的高聚物;通过 CO2转化发展一系列羟基化碳一化学品等。生物应用主 要以微藻固定 CO2转化为生物燃料和化学品,生物肥料、食品和饲料添加剂等。

  整体来看,CCUS 减排潜力大,可能实现零排放甚至负排放,其通过 EOR、ECBM 等 CO2利 用方式促进其他相关行业发展,作为一种发展中的很有前途的新技术,CO2的工业利用也极具 前景。

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  (三)我国 CCUS 产业现状

  国 CCUS 技术快速发展,研发与应用业处于不断的创新升级中。在政府的大力支持下,企 业积极开展 CCUS 技术研发与示范,已建成多套十万吨级以上 CO2捕集和万吨级 CO2利用示范装 置,并完成了 10 万吨/年的路上咸水层 CO2地质封存示范。根据《中国 CCUS 发展路线图(2019)》 截至 2018 年底,全球运营中、在建或正在严密论证的项目增至 43 个,新设施每年捕获 CO2达 1300 万吨。目前中国共开展了 9 个捕集示范项目、12 个地质利用与封存项目,其中包含 10 个全流程示范项目。除去传统化工利用,所有 CCUS 项目的累计二氧化碳封存量约 200 万吨。

  国内 CCUS 示范项目从碳捕集源看,主要集中在燃煤发电和煤化工领域,CO2运输方式主要 以罐车为主,管道运输项目较少。从碳利用和封存方式看,燃煤电厂碳捕集后一般为食品或工 业所用,煤化工碳捕集较多用于驱油(EOR)以提高石油采收率,两类源碳捕集均有咸水层封 存案例,且封存潜力较大。

  我国 CCUS 已具备一定基础,经济成本是制约规模化发展的关键。我国 CO2地质利用和封 存部分核心技术也取得了重大突破,驱油提高石油采收率等已进入商业化应用初期阶段,但经 济成本仍是制约我国 CCUS 规模化发展的关键。目前 CCUS 示范工程投资额都在数亿元人民币的 规模,投资主体基本是国内大型能源集团,全流程初始投资及维护成本之和每吨 CO2超千元, 其中捕集过程成本约 200-300 元/吨,低浓度二氧化碳捕集成本更高达近 900 元/吨。罐车运输 成本约 0.9-1.4 元/吨·公里。驱油封存技术成本差异较大,但因驱油封存可以提高石油采收 率,一定程度上补偿 CCUS 成本。

  CCUS 技术将在中国 2030 年碳达峰后的去峰阶段发挥重要作用。CCUS 技术作为 CO2减排 重要措施之一,其发展潜力可期。从驱油封存角度考虑,我国约有 100 亿吨石油地质储存量适宜于 CO2驱油,预期可增采 7 亿~14 亿吨,全国的枯竭油气田、无商业价值的煤层和深部咸水 层的 CO2封存潜力超过 2300 亿吨,其中咸水层封存潜力最大。考虑我国“富煤、贫油、乏气” 的资源存储状况及全球能源低碳转型的不可逆趋势,CCUS 可以在避免能源结构过激调整、保 证能源安全的前提下完成减排,是支撑国家能源安全的必然选择。

  五、森林碳汇是实现碳中和的重要补充

  (一)森林绿地对于碳中和的贡献不容小觑

  森林碳汇是指森林植物吸收大气中的二氧化碳并将其固定在植被或土壤中,从而减少该气 体在大气中的浓度。土壤是陆地生态系统中最大的碳库,在降低大气中温室气体浓度、减缓全 球气候变暖中,具有十分重要的独特作用。

  森林绿地对于碳中和的贡献不容小觑。森林面积虽然只占陆地总面积的 1/3,但森林植被 区的碳储量几乎占到了陆地碳库总量的一半。树木通过光合作用吸收了大气中大量的二氧化 碳,减缓了温室效应。二氧化碳是林木生长的重要营养物质。它把吸收的二氧化碳在光能作用 下转变为糖、氧气和有机物,为生物界提供枝叶、茎根、果实、种子,提供最基本的物质和能 量来源。这一转化过程,就形成了森林的固碳效果。森林是二氧化碳的吸收器、贮存库和缓冲 器。反之,森林一旦遭到破坏,则变成了二氧化碳的排放源。

  1997 年通过的《京都议定书》承认森林碳汇对减缓气候变暖的贡献,并要求加强森林可 持续经营和植被恢复及保护,允许发达国家通过向发展中国家提供资金和技术,开展造林、再 造林碳汇项目,将项目产生的碳汇额度用于抵消其国内的减排指标。

  (二)我国积极推进国土绿化,增加森林碳汇

  我国已初步扭转碳排放快速增长的局面。有研究表明,一公顷阔叶林一天可以消耗 1000 千克的二氧化碳,释放 730 千克的氧气,森林每生长出一立方米的蓄积量,平均要吸收 1.83 吨二氧化碳,释放出 1.62 吨氧气,单位面积森林吸收固定二氧化碳的能力达到每公顷 150.5 吨。增大国土绿化面积,有助于加快碳中和实现进程。根据生态环境部发布的信息,2018 年 我国森林面积和森林蓄积量分别比 2005 年增加 4,509 万公顷和 51.0 亿立方米,成为同期全球 森林资源增长最多的国家,初步扭转了碳排放快速增长的局面。

编辑:王媛媛

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