本文最初发表在 Knowable Magazine。
挪威海岸外北海的深处，坐落着世界上第一个海上碳捕获与封存项目。Sleipner项目建于1996年，它从天然气（主要成分是甲烷）中分离出二氧化碳，以使其更具市场价值。但与将二氧化碳释放到大气中不同，这种温室气体被埋藏起来。
该项目每年储存约100万吨二氧化碳——被许多人誉为全球减少温室气体排放的开创性成功。
去年，全球二氧化碳总排放量达到了358亿吨（或千兆吨）的历史最高点。科学家估计，以目前的速度，我们只有大约六年的时间，就会排放出足够多的二氧化碳，导致全球变暖持续超过比工业化前平均温度高1.5摄氏度（这是国际公认的限制）。（值得注意的是，过去12个月的全球平均气温已经超过了这一阈值。）
逐步淘汰化石燃料是减少排放和应对气候变化的关键。但被统称为碳捕获、利用与封存（CCUS）的一系列技术，是帮助实现到2030年将二氧化碳排放量减半、到2050年实现净零排放的全球目标的可行工具之一。这些技术捕获、利用或封存发电或工业过程中排放的二氧化碳，或者直接从空气中将其吸收。联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）负责评估气候变化科学，该机构将碳捕获与封存列为削减排放和实现温度目标所需采取的行动之一。
政府和行业都在大力投资这些项目。例如，去年英国政府宣布将为CCUS（通常简称为CCS）提供200亿英镑（超过250亿美元）的资金。美国在2011年至2023年间拨款超过50亿美元，并在2022年至2026年间额外拨款82亿美元。根据国际能源署（IEA）的数据，2023年全球公共部门对CCUS项目的投资增至200亿美元。IEA与世界各国合作制定能源政策。
鉴于情况的紧迫性，许多人认为CCUS对于推动社会实现气候目标是必要的。但批评人士认为，该技术目前的形式无法让世界摆脱石油和天然气：他们指出，在许多情况下，捕获的二氧化碳被用于在称为提高采收率（EOR）的过程中提取更多的化石燃料。他们认为，其他现有解决方案，如可再生能源，能提供更深入、更快速的二氧化碳减排。俄亥俄州拉克伍德市一个无党派组织——能源经济与金融分析研究所的能源金融顾问格兰特·豪伯（Grant Hauber）说：“最好一开始就不要排放。”
此外，化石燃料公司为大学和研究人员提供资金——有人认为这可能会影响研究的内容，即使个别科学家的工作本身是合法的。因此，一些批评人士认为，CCUS根本不应该被推行。
波士顿东北大学的气候正义研究员珍妮·斯蒂芬斯（Jennie Stephens）说：“碳捕获与封存实际上是在延续对化石燃料的依赖。它是一种分心和拖延策略。”她补充说，很少有人关注理解阻碍社区摆脱化石燃料并寻求解决这些障碍的心理、社会、经济和政治障碍。
根据总部位于澳大利亚墨尔本的行业智囊团全球CCS研究所（Global CCS Institute）的数据，截至2023年7月，在41个已投入运营的商业项目中，大多数都属于生产、提取或燃烧化石燃料的范畴，例如燃煤和燃气发电厂。Sleipner项目（由能源公司Equinor运营）就是如此。美国怀俄明州埃克森美孚公司运营的世界上最大的CCUS工厂也是如此，它在生产甲烷的过程中也捕获二氧化碳。
诚然，并非所有的CCUS努力都支持化石燃料的生产，并且许多正在进行中的项目其唯一目标是捕获和封存二氧化碳。尽管如此，一些批评人士怀疑这些更绿色的方法是否能封存足够多的二氧化碳来对气候减缓做出有意义的贡献，他们也担心成本问题。
其他人则更为审慎。斯坦福大学能源研究员萨莉·本森（Sally Benson）不希望看到CCUS被用作继续使用化石燃料的借口。但她认为，在社会向新能源转型过程中，这项技术对于捕获化石燃料生产和使用过程中以及工业过程产生的二氧化碳至关重要。本森自己也作为联合主任指导一个接受化石燃料公司资助的研究所以表示：“如果我们能通过碳捕获与封存来消除这些排放，那对我来说就是成功。”
源于石油行业
CCUS技术最初并非作为气候解决方案而构想。它可追溯到20世纪70年代和80年代，当时美国石油产量开始下降。石油公司开始使用一种称为提高采收率（EOR）的工艺，将二氧化碳（或水）注入沉积岩层，以提取难以触及的剩余石油，这是当今CCUS的前身。
如今，CCUS技术正在从各种运营中捕获二氧化碳——包括燃烧煤炭或其他化石燃料的传统发电厂；从生物燃料（如乙醇）生产能源的非传统工厂；以及生产用于化肥的氨的过程中。所有这些努力都与其他利用自然过程从大气中去除碳以实现净零排放的做法相辅相成，例如植树造林或通过可持续农业实践将二氧化碳封存在土壤中。
最严厉的批评主要集中在利用CCUS提取化石燃料上。目前，通过CCUS项目捕获的碳近四分之三被用于提取更多的石油。埃克森美孚公司位于怀俄明州、耗资6.56亿美元的Shute Creek工厂是最大的CCUS运营项目，其目标是每年从附近LaBarge天然气田提取的甲烷中捕获约800万吨二氧化碳。埃克森美孚公司将捕获的二氧化碳出售用于提高石油采收率。尽管该项目通过将部分二氧化碳留在地下而减少了排放，但其帮助提取的额外化石燃料的燃烧仍然会释放二氧化碳。
在全球CCS研究所的数据库中，41个现有项目中只有12个项目注入二氧化碳的唯一目的是将其封存在地下，从而抑制其气候变暖效应。这12个项目中的一半，包括Sleipner项目，都涉及甲烷生产——而甲烷燃烧时会向大气中释放二氧化碳。
水泥制造以及钢铁制造也是CCUS的理想目标，因为它们各自产生了全球约6%至9%的二氧化碳排放，并且这两种工艺都很难通过其他方式实现清洁化。只有一家公司——阿布扎比国家石油公司（Abu Dhabi National Oil Company）——运营的项目正在捕获钢铁制造过程中的二氧化碳排放。目前还没有水泥制造过程中的二氧化碳捕获项目投入运营。
全球CCS研究所的数据库中只有一个已全面投入运营的大规模项目，该项目目前正直接从空气中吸收二氧化碳并将其封存在地下。该项目位于冰岛的Hellisheiði，由瑞士公司Climeworks运营。Climeworks的另一个规模更大的项目最近开始运营，但尚未完工。
但是，该数据库省略了进行其他二氧化碳处理的直接空气捕获项目，包括一个将二氧化碳封存在混凝土中的项目，并且省略了正在运行或即将运行的小型和试验性项目。
十年前，在一篇发表于《环境与资源年度评论》（Annual Review of Environment and Resources）的论文中，本森和荷兰埃因霍温理工大学及拉德堡德大学气候变化研究员海琳·德·康宁克（Heleen de Coninck）写道，为了帮助减缓气候变化，CCUS需要服务于超越寻求开采石油的化石燃料公司。本森指出，自那以来，CCUS在其他领域的扩张缓慢，主要是由于缺乏支持这些技术的公共政策，例如政府对新项目的补贴或对二氧化碳征收碳税，这样会使封存比排放更便宜。然而，她指出，这种情况正在改变。
展望未来
CCUS可能即将迎来转折点。根据全球CCS研究所的数据，截至2023年7月，有351个新的商业规模CCUS项目正在进行中。其中许多即将推出的项目将主要以地下封存二氧化碳为目标，而不是用于挤压更多石油。约有22个项目旨在水泥厂捕获二氧化碳，5个项目将直接从空气中捕获二氧化碳并将其封存在地下。尽管如此，与化石燃料的联系依然存在：约有30个项目将服务于甲烷生产，其他项目则计划在燃煤和燃气发电厂进行碳捕获。
宾夕法尼亚州约翰斯敦一家清洁能源智囊团——俄亥俄河谷研究所（Ohio River Valley Institute）的高级能源与经济研究员肖恩·奥利里（Sean O’Leary）说，即使有了这些新项目，这项技术在解决我们气候困境方面是否能发挥重要作用仍不清楚。
奥利里表示，当前和未来的项目不太可能捕获足够多的碳，以对全球排放量产生重大影响。估计表明，现有项目每年可捕获约5000万吨二氧化碳——这相当于比超过350亿吨的全球总碳排放量减少约0.14%。一旦所有392个项目上线，它们可能捕获数亿吨——约占碳排放量的1%。对于CCUS需要捕获多少碳才能帮助实现气候目标，估计差异很大，从2050年每年10亿吨到300亿吨不等。
一项近期分析显示，到本世纪中叶，每年至少50亿吨的储存是可行的。这项尚未发表的研究将大多数情况下的CCUS增长限制在2050年之前平均每年20%。伦敦帝国理工学院的环境工程师、该研究的主要作者之一塞缪尔·克莱弗（Samuel Krevor）说：“这是对气候减缓的重大贡献。”克莱弗与该领域许多研究人员一样，也获得了一些化石燃料公司的资助。
但豪伯认为，与其他气候解决方案相比，其贡献可能微不足道，包括转向可再生能源以及植树造林以帮助从大气中储存二氧化碳。利用IPCC的数据，豪伯及其同事计算出，到2030年，CCUS将只占所有减排量的2.4%。
此外，项目很少能达到其既定目标。能源经济与金融分析研究所（Institute for Energy Economics and Financial Analysis）在2022年发布的一项对13个关键CCUS项目的分析发现，大多数项目未能达到其目标。该分析根据公开数据发现，例如，Shute Creek工厂在其整个生命周期内的表现比目标低了36%。分析发现，当捕获的二氧化碳客户较少时，该工厂会将其排放到大气中。总部位于芝加哥的农业综合企业Archer Daniels Midland公司在伊利诺伊州迪凯特运营的一家工厂，到2020年底，其年目标偏离了近50%。
埃克森美孚公司的一位发言人表示，自该报告发布以来，公司取得了进展，并指出公司已将其Shute Creek工厂的二氧化碳储存能力每年提高了100多万吨。Archer Daniels Midland公司的一位发言人则表示，其捕获和储存的二氧化碳量取决于生物燃料的产量。该公司位于迪凯特的工厂正在考虑不同的策略来减少其运营的碳排放，包括捕获将为公司生物燃料设施供能的新燃气发电厂产生的二氧化碳。
地下储存点的碳容量有多大，这一点也不清楚。大多数全球估计表明，地下储存容量在10万亿至30万亿吨之间。一些估计甚至高达55万亿吨。但普林斯顿大学的化学工程师克里斯·格雷格（Chris Greig）曾为一家化石燃料公司从事CCUS项目，他指出，这些体积可能非常不准确。他表示，评估是基于对不同地质构造中孔隙空间的估计——这些孔隙提供了可以容纳二氧化碳的开放空间——这只能提供一个粗略的景象：“地下储存的本质是不确定的。”
这种不确定性导致项目偏离轨道，包括一个耗资27亿美元在阿尔及利亚In Salah天然气田将二氧化碳与甲烷分离并将其储存在地下1.9公里的项目。能源公司Equinor及其合作伙伴于2004年开始在那里注入二氧化碳，目标是每年储存110万吨。但据Equinor发言人称，由于地下容量限制，该项目暂停了运营。有人担心气体正在向上逃逸到覆盖岩石，而覆盖岩石起着最终的安全网作用，将二氧化碳封存在原地。
除了不确定性之外，资金也是一个问题。一些怀疑论者认为，建设和运营CCUS项目的成本最终使其变得不可行。根据国际能源署2019年的数据，捕获二氧化碳的成本根据气体流的稀释程度，每吨在15美元到120美元之间。从空气中直接捕获二氧化碳（因为空气中的二氧化碳非常稀释）的成本估计通常在每吨225美元到500美元之间，有些估计高达每吨1000美元。将这个价格乘以即使是IPCC表示到2050年需要从大气中去除的10亿吨二氧化碳的一小部分，成本就会迅速累积。
一些专家指出，随着技术的成熟和市场扩大，这些成本可能会下降，但降幅不一定能与太阳能和风能技术大幅降低的成本相媲美。例如，IEA指出，从燃煤电厂捕获二氧化碳的成本已从2014年的每吨100多美元降至2017年的每吨65美元，并估计在2025年至2027年间建成的项目中，成本将约为每吨45美元。
默克尔全球与气候变化研究所（Mercator Research Institute on Global Commons and Climate Change）和柏林洪堡大学的气候经济学家萨宾·福斯（Sabine Fuss）表示，部分原因是成本原因，CCUS应该优先用于那些没有其他合理方法来减少二氧化碳排放的情况。尽管如此，她认为直接空气捕获尽管昂贵，但具有潜力。虽然研究人员对直接空气捕获的可行性意见不一，但福斯认为无论如何都需要对其进行资助。她说，如果世界超出了其气候目标，我们很可能需要这项技术来实现净零排放，并防止气候变化造成更糟糕的影响。
福斯表示，CCUS最终需要扮演多大的角色，取决于我们现在做什么。但鉴于存在的不确定性，我们不能继续燃烧化石燃料并排放碳，然后寄希望于CCUS来清理。她说：“我们必须尽一切努力在短期到中期内减少排放，而不是依赖长期的二氧化碳清除。”
本文最初发表于 Knowable Magazine，这是一个独立的、来自《年鉴评论》的新闻报道。注册 时事通讯。
