「捕碳利用」，碳中和风口最热的「赔钱货」
造富风口 or 烧钱机器，说的都是这同一件事。
作者 | 雪小顽
编辑 | 靖宇
在澳大利亚某所高校的实验室里，27 岁的博士生尹舟正对着一组由试管、仪表、线路等构成的试验装置，记录下新的数据结果——简单来说，他的目标是研究如何利用二氧化碳开采出更多的石油，同时将二氧化碳埋在地下。
用二氧化碳驱油的背后，是时下颇具话题度的负碳技术 CCUS——Carbon Capture，Utilization and Storage，即二氧化碳捕集、利用与封存。
事实上，这项技术并不新鲜，在国外已经有三四十年的历史，却一直处在水面之下。直到近年全球气候议题再次被提上肉眼可见的日程，碳中和已然成为人类未来确定性最强的风口信号，这给 CCUS 技术注入了新的动力。
CCUS 正经历着自身周期中的高光时刻。
根据国际能源署（IEA）的数据，如今世界各地的 CCUS 设施，每年可以捕获 4000 多万吨二氧化碳，是全球能源转型的四大关键支柱之一。
许多政企、资本也嗅到了机会，高频加码布局，其中不乏比尔·盖茨、马斯克这样的科技大佬重金押注，尤其是今年上半年的项目融资金额大都以亿美元为单位。
那么，CCUS 这项「玩转」碳循环的技术究竟是怎么一回事？当 CCUS 被寄予厚望，它的减碳 ROI 当真如想象般美好？它又能在多大程度上兑现承诺？
如同硬币的一体两面，热捧之下，关于 CCUS 的质疑也从未停止。
01
去空气里「捉」点碳
作为气候议题中的主角，二氧化碳原本在自然界中有一套自己的天然循环系统：源自工业废气和动植物呼吸产生的二氧化碳，一「出生」就会释放到空气中，这些二氧化碳之后会迎来不同的命运走向，一部分被森林和海洋吸收，剩下部分则留在空气中。
如果把地球大气层看作是一个大型碳账户，那么工业和自然界排放二氧化碳就是入账的「碳源」，而吸收二氧化碳的过程则是支出的「碳汇」。所谓的「碳中和」，本质上就是要求做到收支正负平衡，碳源（碳排放）=碳汇（碳吸收）。
按照这个逻辑，通向碳中和的路径不止一条。如果人类一时难以减少碳排放源，那么也可以试试换一个思路，在等式的右端——碳吸收上做文章。
但森林、海洋等天然碳汇的吸收能力和效果有限，想在短时间抵消掉快速增长的二氧化碳排放量，需要借助技术和工程手段进行干预，把多余的碳「捉」住并且固定封存下来，从而减少大气中的二氧化碳，直至净零状态——这就是 CCUS 负碳技术希望做到的事情。
拆解 CCUS 的概念可以看出，这是一项技术综合体，整个产业链条涵盖了二氧化碳的排放-捕集-运输-利用-封存，形成一套流程连续且完整的人工碳循环。
CCUS 产业链条。｜来源：NIKKAN
•从上游环节来看，可以将电力、化工、水泥等高碳排行业作为源头，利用专业设备直接从这些工业生产活动中捕集新生的二氧化碳「增量」，或者，也可以去空气中捕获已有二氧化碳的「存量」。
•到中游环节，如果碳利用场景不在捕集现场，那么被捕获的二氧化碳将被液化压缩，通过管道、船舶、罐车被运输到利用点或者存储地。其中，管道的运输成本最低，但极大依赖基础设施建设；罐车更适用于陆地短途，且能承载的二氧化碳运输量较为受限；相比之下，二氧化碳航运更灵活，在运输距离和运输量上更具优势，是日本、法国等许多国家正在着手布局的重点。
•进入下游的利用和封存环节后，二氧化碳的实用价值会被开发出来，用不掉的会被封存在地质结构中，通常的选择是废弃的油气藏或盐碱地。
在整套流程中，碳捕集是首要环节。
在各类工业环境下，目前最先进和被广泛采用的碳捕获技术是化学吸附和物理分离，也就是利用二氧化碳和化学溶剂之间的反应，或者是吸附剂、新型膜来抽离出二氧化碳。
这个环节通常发生在工业燃烧之后，在排放端加接一段装置设备引导废气，再利用脱碳设施分离出二氧化碳。
整个过程不需要推翻工厂的原有设备，在此基础上进行加装改造即可。通常来说，废气里的二氧化碳浓度越高，捕集的成本越低。
来自 IEA 的数据显示，CCUS 设施每年在工业和能源转型中可以捕获近 4000 万吨二氧化碳。
与盯住排放源头相比，直接去空气里捉碳听起来更「科幻」一些，却正在真实发生。今年 4 月，总部位于瑞士的碳捕集初创公司 Climeworks 完成 6.5 亿美元融资——这是碳捕集赛道历史上金额最大的一笔融资，让成立于 2017 年的 Climeworks 一跃成为行业明星。
Climeworks 在冰岛设立了世界上最大的空气捕集二氧化碳设施，并将提取出来的二氧化碳注入地下 1000 米的玄武岩中，永久转化为矿物。
Climeworks 的碳捕集设备。｜来源：Climeworks 官网
他们的一套设备有两个海运集装箱那么大，外观看上去有一组圆形风扇。当风扇集体大规模转动起来，空气被采集到收集箱，其中的二氧化碳与里面的化学品发生反应后留存下来，其他成分的气体则返回大气中。
目前，有 18 个直接从空气中捕获捕获二氧化碳的项目正在加拿大、欧洲和美国运营。
03
碳中和烧来一把「新火」
在「碳中和」这个庞大的叙事框架中，相较于电动汽车、清洁能源、碳管理企服等一众热门绿色赛道，CCUS 的确算不上一门显学。
尹舟最初注意到 CCUS，是在 8 年前。当时他正在读大二，父亲开始做与 CCUS 相关的工程，主要涉及上游的碳捕集。在尹舟看来，这件事「利国利民，非常有意义」，于是将自己接下来一路硕博的求学方向确定在 CCUS。
但在细分方向上，他研究的重点与父亲从事的碳捕集有所不同，而是专注下游环节的碳利用与封存，再与石油专业结合起来，即如何利用二氧化碳来提高石油采收率（EOR）。
「七八年前，大家对 CCUS 并没有那么高的关注度，那时都是默默研究这件事，因为它确实不赚钱。」尹舟明显感受到，CCUS 在近两年「太火了」，迎来了行业春天。在他的观察中，许多石油领域的微信公众号开始频繁推送 CCUS 相关的文章，业内也出现了很多深耕 CCUS 多年的专家和机构公开发声，「这个现象还蛮有趣的」。
在当前这轮绿色环保浪潮之前，CCUS 一直是冷门方向，技术成本过于昂贵，也没有明确的现实需求和应用场景。所以在很长时间里，CCUS 技术都处在不温不火、停滞不前的状态。
日本三菱造船公司的液化二氧化碳运输示范试验船概念图。｜来源：三菱重工
在全球范围，第一个碳捕集项目诞生在 1996 年的挪威，是在海上天然气设施上监测和储存二氧化碳，但反响平平，没有可观的经济价值出手刺激，单凭技术之力难以形成规模化效应。
从这个概念的内涵演变上也能印证这一点。起初，这套技术名叫碳捕集与封存，也就是 CCS，直到后来人们才发现，捕获的二氧化碳可以作为工业原料，用来驱油、制造化学产品、辅助食品加工。这些应用场景的出现让二氧化碳摇身一变成为了一种资源，人们看到了技术潜在的实用价值和经济价值，原来的 CCS 也扩展成了 CCUS——「Utilization」成为技术落地转化的支点。
但这也并未从根本上扭转 CCUS 的冷门处境。「因为它真的不赚钱，很少有人愿意去做。」尹舟告诉极客公园，在很多年前，CCUS 能真正赚钱的场景就是用来驱油，这是为数不多的可以看见经济收益的地方。
CCUS 此番收获热度，联合国气候变化专门委员会（IPCC）发布的《全球升温 1.5℃特别报告》是一个重要契机。该报告指出要将全球升温幅度控制在 1.5°C，否则人类会面临严峻的气候危机，例如极端高温会更频繁地侵袭农业生产和人体健康。
这个目标意味着全球还要去除百亿吨量级的二氧化碳。各国的气候政策都盯紧了二氧化碳排放，纷纷制定路线图，但可以预测的是，单靠碳减排的话难以实现人类的气候目标，一旦减碳能力见顶，只有借助碳吸收来降低二氧化碳总量——负碳技术的受关注度逐渐上升。
CCUS 也引起了科技巨头的兴趣。马斯克砸重金举办除碳大赛，比尔·盖茨旗下的气候基金投资碳捕捉初创公司，数字支付平台公司 Stripe 与 Shopify、谷歌以及风投公司 Lowercarbon Capital 等合作，设立碳捕捉基金项目，金额总计超过 12 亿美元。
气候目标叠加资本激励，让 CCUS 从过去的边缘学科跻身时下的创投风口。
行业火起来之后受到更多关注，聚集更多人和资源，「这是一件好事」。但尹舟也流露出了一丝担忧：现在的情形和情绪更像是，如果你晚一步进场，就比别人落后了，很多人其实在盲目地做这件事，「这是一件坏事」。
03
技术美好，
但生意蹩脚
CCUS 的技术故事很性感，但商业现实却是骨感。
「不赚钱」一直是导致 CCUS 难以出头的最大「原罪」，在高成本和低收益之间，现实需求紧缩，CCUS 难以找到落地可行的商业化路径，一时难以大规模商用。
CCUS 的「昂贵」贯穿于产业的全流程。根据《中国二氧化碳捕集利用与封存（CCUS）年度报告（2021）》公布的数据，预计至 2030 年，二氧化碳的捕集成本为 90-390 元/吨，管道运输成本为 0.7 元/( 吨·km)，封存成本为 40-50 元/吨。
与此同时，有机构预测 2030 年中国碳市场价格大概在 139 元/吨。
这意味着，一套 CCUS 流程下来的减碳成本高于碳的市场价，需求方去市场上「买碳」反而更便宜。
这还不算项目前期的设备改造、占地成本等固定资金投入，以及技术运行环节中的能耗。一个来自中国 CCUS（2021）年度报告的数据是，一家钢铁厂安装年产能为 10 万吨的二氧化碳捕集和封存设施，成本约为 2700 万美元。
北京航空航天大学经济管理学院研究员朱磊在接受《能源高质量发展》杂志采访时介绍，按照现有技术，每封存 1 吨二氧化碳，需要耗费大约 300-500 度电。
如果按照 2021 年工业用电一般时段的平均费用标准 0.725 元/千瓦·时来计算，每封存 1 吨二氧化碳的价格成本，还要再加上 300 元左右。
在 CCUS 各环节中，碳捕集的成本占比最高。根据中金发布的研究报告测算，当前国内化工行业 CCS 技术的平均成本约为 403 元/吨，其中碳捕集、运输、封存成本占比分别为 56％、19％、24％。
国外 CCUS 发展同样面临着成本困境。根据经纬创投最近发布的碳中和科创汇研究报告，在比较容易捕捉的工业场景中，比如天然气加工、煤化工等，捕捉成本可以控制在 20-40 美元/吨的范围内，而针对钢铁、水泥等低浓度二氧化碳排放源，捕捉成本通常会超过 60 美元/吨，特殊情况下甚至会超过 100 美元。
加拿大的 ACTL 碳运输管道系统全长 240 公里，耗资 12 亿美元。｜来源：Canada Action
如果是从空气中捕捉二氧化碳，造价更为昂贵。以 Climeworks 为例，它的碳捕集工厂 Orca 耗资 1500 万美元，现阶段每年可以捕获 4000 吨二氧化碳，只相当于 250 名美国公民一年的碳排放量，但代价却是 600-800 美元/吨的捕获成本。
事实上，Climeworks 融资之后的商业化进程也并不顺畅。据媒体报道，工厂仅两个星期后就宣布停工，官方解释是「机器无法承受当地的严寒」。
导致 CCUS 难以跑通商业模式的原因还在于，整个产业链涵盖多个上下游环节，产业链条长，涉及不同行业的企业间协调合作与利益分配，商业可行性取决于整个系统能否实现大规模产业化运行。
短期看来，CCUS 的确不是一门收入可观的生意，但也有观点认为，现阶段的 CCUS 就像 10 多年前的光伏行业——成本高，但对行业长期有利，需要再多一点政策和资金支持，以及耐心。
未来，CCUS 成本的下降，或主要依赖技术突破性创新和规模效应。
无论如何，多一条路径通往碳中和，总归是好事。一个真问题在于，如何理性看待和发展 CCUS。
CCUS 更多是一种辅助性的兜底技术，尤其在清洁能源尚无法取代传统化石能源的主导地位时，可以为碳减排争取更多时间。但如果在减排源头上掉以轻心，哪怕碳吸收的「最后一公里」跑得速度再快、姿势再漂亮，也难以在规定时间冲破终点线。
（本文中，尹舟为化名）
*头图来源：国际能源署
本文为极客公园原创文章，转载请联系极客君微信 geekparkGO
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