走向碳中和:有哪些技术选择?

碳中和或“净零”简单来说是指人类释放到大气中的任何二氧化碳都通过去除等量的碳来平衡。

友绿 认为:这并不意味着除碳只是一个长期解决方案,有些技术在清洁能源转型中也可以发挥重要的近期作用。它们可以抵消目前在技术上有难度或解决成本过高的排放。这包括某些工业过程,例如炼钢、水泥生产以及长途运输。

重要的是要注意,除碳技术不是减少排放的替代方法,也不是延迟行动的借口。但是它们可以成为全面应对气候变化所需的技术和措施组合的一部分。

如何从大气中去除二氧化碳?

有多种从大气中去除二氧化碳的方法,主要包括三大类:(1)基于自然的解决方案;(2)旨在增强自然过程的措施;(3)基于技术的解决方案。

基于自然的解决方案包括造林和重新造林。其中包括通过种植以前没有的森林来重新利用土地(造林)或重新建立过去没有的森林(重新造林)。其他基于自然的解决方案包括恢复沿海和海洋栖息地,以确保它们继续从空气中吸收二氧化碳。

增强的自然过程包括通过现代耕作方法增加土壤中碳含量的土地管理方法。这可以将生物炭(由生物质生产的木炭)添加到土壤中,碳可以在其中保留数百或数千年。较不发达的方法包括加强风化以加速吸收CO 2的自然过程(例如,通过向土壤中添加极细的矿物硅酸盐岩石)或海洋肥力,其中向海洋中添加营养以增加其吸收二氧化碳的能力。增强的风化和海洋施肥方法需进一步研究,以了解其除碳潜力、成本和风险。

技术解决方案包括带有碳捕获和存储能力(BECCS)的生物能源和直接空气捕获,顾名思义,这涉及直接从大气中捕获二氧化碳。这两种解决方案都依赖于地质存储二氧化碳来大规模去除碳,并且可能在清洁能源的转换中发挥重要作用。其他碳清除方案因其缺乏成熟性而未包括在内。

气候变化专业委员会的 告认为,在将全球变暖限制在1.5°C内的途径中,到2050年,农业林业和土地利用措施每年可能会清除10亿至110亿吨的二氧化碳,而2018年全球与能源相关的二氧化碳排放量为330亿吨,想要实现碳中和任重而道远。

具有碳捕获和存储功能的生物能源

碳捕获和存储涉及从生物质燃烧产生能量的过程中捕获和永久存储二氧化碳,可能包括使用生物质(或生物质和化石燃料的混合物)的发电厂、造纸用的纸浆厂、用于水泥生产的石灰窑以及通过发酵(乙醇)或气化(沼气)生产生物燃料的炼油厂等。

之所以碳捕获和存储能够去除碳,是因为生物量会随着生长而吸收二氧化碳,并且燃烧时不会重新释放二氧化碳。取而代之的是,将其捕获并注入到深层地质构造中,将其从天然碳循环中移除。

碳捕获和存储是目前最成熟的碳去除方法之一。今天,世界各地有许多设施碳捕获和存储在运营,它们从工业过程(例如乙醇生产)和基于生物质的发电中捕获二氧化碳。例如,美国伊利诺伊州工业碳捕集与封存项目每年从生物乙醇设施中捕集多达100万吨的二氧化碳并将其存储在专门的地质场所。在英国,Drax公司试图从以生物质为燃料的发电厂中捕获二氧化碳。如果该项目成功,它将成为世界上第一座负排放电厂。

在某些情况下,碳捕获和存储可以为部署碳捕集与封存提供相对低成本的机会。这包括生物乙醇的生产,其中的二氧化碳捕集成本可低至每吨25美元。同时,碳捕获和存储面临着可持续生物质的供应以及运输和储存二氧化碳的基础设施的需求相关的部署挑战,而世界上大多数地区都缺相关基础设施乏。

捕获空气中的二氧化碳

捕获的二氧化碳也可以出售,用于生产食品和饮料,或与低碳氢混合制成合成燃料。但是在大多数情况下,所使用的捕获的二氧化碳会重新释放到大气中,例如在燃烧燃料时。在这些情况下,使用捕获的二氧化碳仍会产生气候效应,特别是在合成燃料替代常规化石燃料的情况下。但这不会导致负排放。

由于大气中二氧化碳的浓度低,因此直接空气捕获技术比其他碳捕获应用更为耗能且昂贵,而其他碳捕获应用则从工业设施或发电厂中吸收了更多的二氧化碳。学术文献中的成本估算范围是,直接捕集空气所产生的每吨二氧化碳成本约在95美元至230美元之间,其价格下限反映了未来大规模部署的成本目标。

如今,在欧洲、美国和加拿大有10多个直接空气收集工厂正在运营。这些工厂规模大多数都很小,出售捕获的二氧化碳以供使用,例如用于碳酸饮料。但是,碳工程公司与西方石油公司之间的合作伙伴关系正在美国开发第一座大型直接空气捕获装置。该工厂每年将捕获多达100万吨的二氧化碳,用于提高石油采收率,并可能最早于2023年投入运营。在冰岛,CarbFix项目正在从大气中捕获二氧化碳,以注入和储存在玄武岩岩层中。

碳回收

可以通过恢复森林和改变农业的土壤管理方式来吸收和储存更多的碳,从而处理大约2500万吨,另有可以通过直接空中捕获机清除,并存储在深深的地下。

每年来自废物生物质的减排量也非常高,达到8400万吨,包括农业副产品、食品废物、牲畜粪便、人类污水、锯木厂残留物和从森林中砍伐的树木。

可以利用这种生物质来产生氢气,这种氢气在使用时不会排放任何二氧化碳。

氢气可以通过多步程序(称为气化)来制造,该程序在低氧环境中使用高温分解有机物质而无需完全燃烧。最后,它会产生可捕获和储存的二氧化碳,以及可为特种车辆提供动力或直接在某些类型的涡轮机中发电的氢气。氢气通常会通过产生大量二氧化碳的方法从天然气中提取出来,并在各种工业过程中大量使用。

负排放技术(Negative emissions technologies)一览

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