下一代碳捕集技术（英）

捕获技术 技术评审工作包2 商业、能源和产业战略部 60666122-WP2-RP-001 2022年5月24日 下一代碳 质量信息 准备者检查者验证者批准者 大卫·门缪尔斯蒂芬·弗洛伦斯凯文·泰勒 克利姆·麦肯齐斯蒂芬·弗洛伦斯 格雷姆库克安迪克罗斯 修订记录 修订 修订日期 细节 授权 姓名 位置 P1 15/10/2021 首要问题 安迪·克罗斯 专案经理 P2 11/11/2021 客户评论后的小更新 安迪·克罗斯 专案经理 P3 17/12/2021 咨询委员会审查后的更新 安迪·克罗斯 专案经理 0 29/04/2022 纳入附加评论 安迪·克罗斯 专案经理 1 24/05/2022 附加评论合并 安迪·克罗斯 专案经理 分发列表 #硬拷贝PDF要求协会/公司名称 准备： 商业、能源和工业战略部维多利亚街1号伦敦SW1H 0ET 英国 AECOMLimited7thFloor,Aurora120BothwellStreetGlasgowG27JSUnitedKingdom 电话：441412480300 aecom.com ©2022AECOM有限公司。版权所有。 本文件由AECOMLimited（“AECOM”）按照公认的咨询原则、费用预算和AECOM与客户商定的职权范围编制，仅供我们的客户（“客户”）使用。除非文档中另有明确说明，否则由第三方提供并在此提及的任何信息均未经AECOM检查或验证。未经AECOM事先明确书面同意，任何第三方均不得依赖本文档。 目录 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 表 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 3.1 3.2 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 6.1 7.1 7.2 7.3 8.1 表1.本报告中使用的技术类别7 表2.本报告中使用的技术类别16 表3.CCS技术的技术就绪水平(TRL)(IEAGHG2014)的简化定义16 表4.审查的示范阶段技术18 表5.三菱重工先进的KMCDR工艺（KS-21溶剂）21表6.壳牌Cansolv22 表7.FluorEconoamineFGPlus23 表8.碳清洁24 表9.AkerCarbonCapture25 表10.开发阶段技术26 表11研究阶段溶剂技术项目总结8732 表12研究阶段吸附剂技术项目总结8734 表13研究阶段膜技术项目总结8735 表14其他研究阶段技术项目总结87,88,8936 表15.基于已知项目的技术应用矩阵38 表16.行业特定机会和障碍42 数字 图1技术和商业准备之间的关系112 图2风险平衡促进技术创新13 图3.按行业划分的脱碳方法排名结果细分44 图4.脱碳方法排名结果44 图5.按行业划分的商业部署时间结果45 图6.按行业划分的最有前景的下一代技术成果45 图7.按行业划分的碳捕集技术部署规模结果46 图8.按行业划分的碳捕集部署时间表结果46 图9.按行业划分的碳捕集技术示范规模结果46 图10.按行业划分的碳捕集示范时间结果47 图11.预期的CO2工业部门捕获的排放结果47 1。执行摘要 BEIS已任命AECOM对下一代碳捕集技术进行审查和技术经济分析。该研究将考虑碳捕获技术在不同工业、废物和电力场所的潜在应用。这项工作的重点是有可能以每天1,000吨二氧化碳的规模部署的技术2到2030年捕获。不太发达的技术更有可能在2035年或更晚大规模部署，但已报告，但详细程度较低。 本文件回顾了广泛的碳捕获技术，对选定技术的技术经济分析将在后续报告中进行介绍。 建立碳捕获和使用应用程序 现有的工业过程中处理的气流中含有高浓度的CO2.这些行业包括氢气生产、天然气升级、酿造和蒸馏以及沼气升级。捕获二氧化碳相对简单且成本低2来自这些部门，并且已经在一些地点捕获用于食品加工和饮料制造等行业。然而，大部分CO2由于一系列因素，包括市场对CO需求的限制，将不会被捕获2. 这些行业提供低成本的二氧化碳2抓住机会，对于实现具有成本效益的二氧化碳排放至关重要2英国的减排。然而，CO的总质量2与英国工业排放总量相比，从这些来源获得的排放量非常小。捕获CO的技术2在这些站点上很重要，但不是本次任务的重点。本研究的重点是捕获CO2来自其他排放源，包括发电、废物热处理和水泥生产等工业过程。 通过商业部署降低成本 实现碳捕获成本的降低对于鼓励技术的部署非常重要。新工艺的开发，以及现有系统在商业部署各个阶段的进步，都是实现碳捕集部门成本降低的重要因素。 对于所有技术类型，成本降低主要是通过提高商业准备规模来实现的。需要将技术开发到高技术准备水平(TRL)才能建立可靠的基本成本并开始降低成本的过程。通过商业准备阶段的推进，可以通过改进子组件、制造技术、维护策略和融资成本来降低成本。 一些基于溶剂的碳捕集系统已成功完成燃烧后碳捕集的商业部署的早期阶段。到2030年，这些技术在大规模部署方面具有优势。 有许多技术处于商业化前的发展阶段。随着时间的推移，其中一些可能会在工业应用中节省成本，而有些则永远不会进入商业环境。即使新技术概念可以长期节省成本，但在商业化的初始阶段，由于更大的感知风险以及这将对意外事件和融资成本产生影响，它们可能会更加昂贵。 了解通过渐进式改进和新概念和流程开发的技术开发的价值和差异对于促进碳捕获部门的有效创新和发展非常重要。 部署风险优化 商业部署为创新和加速开发过程提供了宝贵的机会。然而，过早的商业部署会带来延误、项目失败、资金使用效率低下以及对技术和/或行业部门的声誉损害的风险。 在商业部署一系列新技术并沿着商业准备路径取得进展时，需要在促进技术创新所承担的风险水平方面取得平衡。风险过低的方法很可能导致缺乏创新和技术发展缓慢。同样，风险过高的方法也可能因项目失败而导致技术发展缓慢。失败的项目将资金从其他本可以提供有用创新的项目中转移出去。此外，它们可能会对投资界和公众对该技术的看法产生不利影响。 与使用新技术的项目相关的风险与多种因素成正比。这些因素将或至少应该由对项目进行重大投资的组织进行评估。 了解给定项目的这些因素可以对相关风险水平进行评估。与开发碳捕集项目的风险相关的因素包括对主要加工厂的潜在影响、恢复到已知工作选项的能力、参考工厂的相对规模、原料气输入的差异、过程中的技术差异、风险分配和性能假设。 在商业部署之前，应由进行投资的组织或具有适当技能的独立第三方对性能假设进行详细的技术评估。此过程称为尽职调查，有效的尽职调查对于了解与新技术商业部署相关的风险至关重要。尽职调查过程不可避免地需要对提议的过程以及参考项目和/或示范工厂的绩效进行详细检查和理解。如果没有合适的测试数据，那么唯一的结论就是性能没有得到证明。 示范工厂的存在并不意味着一项技术已经成功示范。与运行不佳或无法提供运行信息的大型示范工厂相比，在具有代表性的环境中表现出良好性能、在持续时间内具有高可用性的小型示范项目在展示可行性方面具有更高的价值。无法提供持续良好运营绩效的证据是对可行运营的质疑。 技术分类 到2030年最有可能以每天1000吨左右的规模部署的下一代技术主要是可以通过逐步改进开发的胺基溶剂系统。在本报告中，这些技术被归类为示范阶段技术。由于所使用的工艺设备具有通用性，一些非胺基溶剂系统也具有更大的近期部署潜力。 被认为到2035年或以后更有可能以每天1000吨左右的规模部署的技术被归类为开发阶段技术。研究阶段技术处于发展的早期阶段。表 1提供了本报告中用于不同技术的分类的详细信息。对于每个类别，必须满足所有条件。 表1.本报告中使用的技术类别 类别说明 1.示范阶段 到2030年，可能以每天1,000吨的规模部署。 2.发展阶段 技术平台的增量改进或新应用，该技术平台至少与TRL8大体一致，并且已证明以类似规模成功商业部署至少12个月。 该技术或该技术的先前迭代已经运行了至少50吨/天的CO2规模，至少12个月，在代表性的条件下。 至少200吨/日规模的类似应用项目的建设已开始或已收到全部资金。 与TRL5-8大体一致。 该技术或该技术的先前迭代已经运行了至少5tpd的CO2在类似的应用程序中扩展，以及； 至少10tpdCO示范项目的当前运行情况2为更大的项目捕获或获得全部资金。 到2035年可能以1,000吨/天的规模部署 3.研究阶段与TRL1-4大体一致。 在本报告中被归类为开发或研究阶段的技术中，其中一些技术有可能在2030年或更早之前大规模部署。一些开发阶段的技术，如NETPowerTechnology、CO2Capsol和LEILAC工艺，已经进行了前端工程和设计工作，并正在推进计划在2030年之前实施的示范项目。同样，一些正在实验室规模研究的新溶剂或溶剂添加剂有可能进行测试，然后添加到现有的碳捕获设施中。 不应将任何技术的长期未来潜力纳入本报告中的研究或开发类别，而不是示范类别。必须承认在信息有限的情况下预测未来和对多种不同技术进行分类所面临的挑战。 捕获级别 对于碳捕获技术，捕获水平通常定义为CO的百分比2在被该技术捕获的进入气流中。关于新碳捕集厂的最低捕集水平应该是多少存在争议。在这个项目中，能够实现高捕获水平的技术的价值得到认可，但没有为下一代技术的资格设定最低捕获水平标准。通过提供其他显着的技术或经济优势，具有有限捕获水平的技术可能会对碳捕获行业做出有价值的贡献。 演示阶段技术 对胺溶剂型捕集系统供应商提供的技术产品进行了审查，涉及几个关键参数。在溶剂型碳捕集技术的范畴内，有一系列不同的创新机会。总的来说，这些领域的创新有可能带来显着的好处。从溶剂型系统中可用的各种创新选项中，许多有可能在风险、投资要求和潜在收益之间提供良好的平衡。 创新机会包括在新应用中使用现有技术、不同规模的实施、提高工厂可用性、溶剂化学和管理的进步、工艺改进、改进的烟气预处理、结构改进和模块化。许多主要供应商正在探索这些选项。 开发阶段技术 对于开发阶段的技术，与成本和性能相关的不确定性水平增加。与更成熟的技术相比，所审查的许多技术具有潜在优势，但是否可以克服与扩大规模相关的挑战和特定于单个技术的技术问题仍有待证明。这些技术必须首先证明大规模的持续商业运营，然后证明可以节省成本。本节审查的技术包括基于胺溶剂、非胺溶剂、固体吸附剂、燃料电池、膜、氧燃烧和低温技术的技术。 研究阶段技术 研究阶段技术处于开发的早期阶段，大多数仅在实验室和实验室规模或小规模试点中得到证明。许多研究阶段的技术正在开发可以安装到现有技术平台中的组件，例如与演示和开发阶段技术相关的那些。如果正在开发可以在现有技术平台中轻松使用的组件，则存在更快速部署的潜力。研究阶段技术包括溶剂、吸附剂、膜、低温、化学循环、碳酸化和氧燃烧循环。 技术应用矩阵 已经开发了一个示范和开发阶段技术矩阵，表明不同技术对不同类型烟气的潜在适用性。这提供了哪些技术可能最适合不同行业的指示 。根据当前和过去的运行应用、执行的测试、计划的项目和工程判断，评估了单个技术对不同类型烟气的适用性。 虽然可以提供有关哪些技术可能最适合不同工业部门的指示，但碳捕获技术与含CO的特定气流的匹配2需要更详细的审查。必须仔细考虑目标输入气流的化学和物理特性范围，以及这些特性与所考虑的任何技术的要求和跟踪记录相比如何。 机会与障碍 随着对气候紧急情况的关注日益增加，人们越来越多地接受减少人为二氧化碳的迫切需要2排放迅速而大量。这为英国碳捕获技术的开发和部署创造了机会。 对于碳捕获技术的潜在用户而言，机会包括减轻与CO相关的风险2排放成本，防止对二氧化碳的严格监管2排放、企业声誉和吸引投资 。对于碳捕获技术供应商而言，在市场规模、投资可用性、新技术概念的开发、现有技术的增量改进和模块化方面存在机会。通过鼓励参与碳捕集行业的不同公司和行业之间的合作，可以增加实现这些机会的