碳中和能源系统中的碳管理（英）

碳管理 零能源系统 白皮书 2022年3月 关于这个报告 环境保护基金委托进化能源研究推进的了解碳 能源和工业管理可以在以下方面发挥作用：通过以下方式实现美国温室气体净零排放2050.伯纳德和安妮·斯皮策慈善信托基金提供金融支持这项研究。 准备的 加布郭本哈利瑞恩•琼斯 对发展能源研究 进化能源研究（EER）是一家研究和咨询公司重点关注能源经济转型带来的问题。 他们的咨询工作和洞察力，由复杂的技术支持能源系统分析，旨在支持战略决策- 为政策制定者，利益相关者，公用事业，投资者和科技公司。 版权所有©2022进化能源研究有限责任公司。保留所有权利。 表的内容 执行总结。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。 。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。 。。。。。。。。。。4 背景。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。 。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。 。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。9 方法和假设。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。 。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。11 碳管理范围。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。 。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。 。。。。。。。。。。。11 研究方法和建模框架。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。 。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。12 温室气体排放会计14 基地假设16 灵敏度分析假设18 碳管理层的角色25 概述。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。 。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。 。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。25 区域基础设施影响33 情况下研究38 Non-CO2考虑。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。 。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。 。。。。。。。。。。。。。。。。。41 结论和关键发现。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。 。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。44 引用。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。 。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。 。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。51 执行概要 背景 国际社会最近的研究表明，实现温室气体净零排放 到本世纪中叶，（GHG）排放将需要管理数十亿吨碳的捕获量 二氧化碳(有限公司2).这样做的技术今天已经存在，至少在原型或演示中是这样。阶段，对于关键部门脱碳和减少大气一氧化碳可能至关重要2. 然而，尽管碳管理具有潜力，但其作用在很大程度上仍处于萌芽阶段。 本文力图提供更深入地了解碳管理在能源中的作用 和行业通过回答关键问题：一氧化碳多少2捕获是必需的吗?哪一个 技术捕获大量的一氧化碳？何时存储或使用CO？敏感程度22 结果是替代假设的结果吗？战略如何因地区而异？ 方法 本研究的分析方法基于我们的能源路径和区域 投资和运营（RIO）模型。将两个模型配对以模拟美国能源和工业系统是一个在最近的净零度分析中得到应用的框架，包括美国的碳中和途径（威廉姆斯等人，2021）和普林斯顿大学的美国零研究(拉尔森etal.,2021)。 我们的分析范围包括能源领域的技术碳管理解决方案 和工业系统，而非技术碳管理（例如，基于自然的解决方案）是范围之外。我们对一套碳捕获技术和CO进行建模2应用程序, 包括现有能源基础设施的改造、负排放技术（NET）、一氧化碳2 存储在地质构造和有限公司2合成燃料的利用。我们确定他们的成本- 在美国十六个地区进行最佳部署，以实现深度减排。 我们构建了一个核心净零排放（CNZ）情景，美国经济实现温室气体净零排放到2050年排放最低成本使用基准能源技术成本和资源可用性 假设。此基线提供了一个起点，用于与一系列建模进行比较可能对碳管理结果产生重大影响的不确定性。我们探索 替代：化石燃料成本;地质封存成本和潜力;生物质成本和 潜在;可再生能源的成本和潜力;电解成本;和最终用途电气化率。 我们到2050年实现净零温室气体排放的基本假设是：（a）模拟能源和 工业（E&I）一氧化2碳降至0.0Gt;（b）非一氧化碳排放和2 使用二氧化碳当量和GWP100（常见简化）将土地汇合和为零 用于整个经济的净零点分析）。由于非CO的轨迹2缓解和细长的水槽增强既高度不确定，又影响能源中碳管理的需求 系统保持净零温室气体排放，我们进一步模拟了2050年E&ICO2-0.5Gt的目标和0.5Gt。 然而，越来越明显的是，短期的非CO2气体,如甲烷、 不成比例地对全球变暖在较短的时间内产生影响。这表明 非CO2气体都是净零目标的巨大负担（因为它们会导致变暖） 目前正在着手开发能够充分考虑气候的改进方法 和一个很好的机会（因为减轻它们的生产和泄漏提供了一个有效的减少变暖的途径）。这个警告强调了我们研究的重要性 所有温室气体在多个时间尺度的影响。 重要发现 碳管理是实现净零排放的最低成本途径的支柱 我们发现，到本世纪中叶，能源和工业中的碳捕获部署是必要的。假设所有其他缓解策略（包括高度激进的能量）都取得了成功 效率，电气化，电力脱碳，土地汇的增强和 减少非一氧化碳排放。在2CNZ场景中，中2 世纪，相当于今天美国温室气体排放总量或所有能源的10%左右有限公司2德克萨斯州的排放。考虑各种不确定性，一氧化碳总量2捕捉范围从400 至1，100百万吨2油.如果目前的陆地汇缩小和/或非一氧化碳排放被证明更2困难随着碳管理在能源和工业中的重要性进一步增加。 这两个公司2合成燃料生产的储存和利用是重要的应用。存储从300年到900年MtCO范围2，远低于估计的地质封存潜力， 而在大多数2情况下，CO利用率范围从100到400MtCO。捕2获的一氧化碳为2 绝大多数由NEľ（250至950MtCO）提供2),包括生物能源和碳捕获, 用于燃料生产和直接空气捕获（DAC）的利用和储存（BECCUS）。近乎中性化石燃料是一种投入，90%至100%的排放被捕获的技术提供了 更小的份额有限公司2供应。 2050年碳管理指标与模拟的不确定性 注：范围反映建模的不确定性，线表示基线预测（核心净零情景）。 负排放技术非常适合净零温室气体排放 随着2030年至2050年减排速度的加速，CO2捕捉网和变化这些技术提供了CNZ情景中四分之三的碳捕获总量。贝库斯由于以下原因，燃料生产通常是提供负排放的最低成本选择： （1）其碳捕获效率（例如，约70-140MtCO2捕捉每1亿 吨生物质）;（2）其取代化石燃料的多功能性。但是，它的部署是受到可持续生物质供应不确定的限制。尽管DAC未部署在 CNZ情景下，它是一项重要的技术，在非常合理的情况下提供负排放 在实现净零排放的道路上可能出现的情况，例如消费者对电力的吸收较慢车辆或较低的生物质可用性。我们的分析证实，NEľ部署不会 延迟或避免其他缓解策略，只要有一个强有力的净零目标。 化石碳捕获在净零排放背景下面临障碍 化石发电和制氢设施的碳捕获 不利于其部署的特征。首先，电力部门转向非常 高水平的可变可再生能源（>70%的发电量），这鼓励了对电解是蓝氢的竞争对手，不鼓励火力发电。第二 大规模部署需要显著扩展CO2存储基础设施。例如, 如果这些技术提供了最终用途电力和氢气需求的三分之一，那么大约1200MtCO2将需要每年的存储量。最后，这些碳捕获 两个部门只能解决自己的排放问题，而NEľs可以灵活地解决残留问题。排放任何部门在经济中。 在没有碳管理的情况下实现净零排放需要做出重大权衡 将碳管理排除在一项战略之外是“技术上可行的””但需要扩展生物量和可再生资源达到潜在的问题水平（例如，超过十亿吨 生物质）。鉴于可持续生物质供应的不确定性和选址的挑战 可再生能源，将碳管理从桌面上剔除，放大了失去净零的风险。 优先考虑carbon管理层的长词的作用 今天的研究和资助主要集中在：（a)部署点源碳捕获 现有的化石基设施（例如，火力发电厂的改造）;（b）使用一氧化碳2为提高石油采收率（EOR），这通常需要长距离一氧化碳2管道网络。然而,作为改造候选者的大部分基础设施都面临着利用率下降和/或有限的挑战净零排放情况下的剩余工作寿命。相比之下，我们的分析显示了碳 捕获技术几乎完全应用于新能源基础设施，并且具有重要意义 捕获(>100MtCO2/yr）发生在从今天起20到30年。因此，我们认为重点应该扩展到更符合长期实现净零排放的领域，包括： （1）促进国家旅游资源的发展;（2）对两者均设价值2存储和有益的有限公司2在低碳燃料中的利用;（3）确定和发展区域综合碳 管理中心共享基础设施。 CO2在美国各地的管理方式不同，主要在区域内使用 我们发现捕获的CO源存在显著差异2在美国及其应用 由于生物质，可再生能源和地质封存潜力的差异而造成的地区。近 所有捕获的有限公司2在捕获点的数百英里范围内存储或使用，而不是通常在美国各地长途运输此外，自一氧化碳2利用生产 合成燃料可以在区域内完成，几乎不需要运输一氧化碳2长期距离为三次采油产油地区。 需要整个碳管理供应链的创新 碳管理对净资产的贡献能力零排放的温室气体量取决于 创新在连锁有限公司2捕获、运输、利用和存储基础设施。在 我们的分析,几乎所有捕获的有限公司22050年来自目前正在演示的技术或原型阶段，以及利用一氧化碳的技术2正处于一个相似的发展阶段。这表明重要的研究、开发和演示（RD&D）对于 确保技术与成本最低的净零能耗系统（例如，NEľs）最兼容和合成燃料生产）及时部署。 如果我们走上一条延长化石燃料寿命的碳捕获风险很低零 关于碳管理的一个主要问题是它促进了化石燃料的持续使用，但是我们的净零度分析发现化石燃料消耗大幅减少（比2005年的水平低80-90% 然而，碳管理技术可以促进一些化石燃料的使用，例如 用于工业应用的热量或原料，这些应用具有挑战性或非常昂贵的减少。因为碳管理本身并不涉及非一氧化碳2污染,如甲烷,它 对于政策制定者监测和解决与碳相关的共生污染物非常重要管理，以免否定其近期和长期的气候效益。 背景 美国和国际深度脱碳研究已经确定了能源系统战略：对于实现符合气候稳定目标的减排是必要的。 能源效率，最终用途电气化和电力脱碳，通常称为作为“三大支柱”，在大量技术工作中始终如一地展示 低收入碳能源系统符合“到2050年达到80%”的目标。1更多的分析一致激进的温室气体（GHG）野心，如“净-零到2050年”,已经确定了碳 管理是深度脱碳的第四大支柱。2 所示数字1,碳管理包括两种方法：（1）技术解决方案 能源和工业;（2）能源系统以外的非技术或自然解决方案，例如作为造林/再造林和海洋二氧化碳去除（CDR）。在本文中，我们评估技术碳管理方案，包括化石能源的碳捕获 工厂和工业设施，以及直接空气等负排放技术捕获和生物能源和碳捕获。 图1碳管理方法和技术 化石点 源碳捕获 发电厂 技术 (能源和工业) 工业设施 直接空气捕捉 负排放 技术(“网