可再生能源助力碳中和碳捕集

以可更新的方式达到零 捕获碳 技术文件4/2021 作者：MartinaLyons，PaulDurrant和KaranKochhar ©IRENA2021 除非另有说明，否则本出版物中的材料可以自由使用、共享、复制、复制、印刷和/或存储，前提是作者作为来源和IRENA作为版权所有者给予适当的确认。本出版物中属于第三方的材料可能受单独的使用条款和限制的约束，在使用此类材料之前，可能需要获得这些第三方的适当许可。 书号：978-92-9260-362-5 引用：里昂，M.，P.Durrant和K.Kochhar（2021年），“实现可再生能源零：捕获碳”，国际可再生能源机构 ，阿布扎比。 关于IRENA 国际可再生能源机构（IRENA）是国际合作的主要平台，是卓越中心，是政策，技术，资源和金融知识的储存库，也是推动全球能源系统转型的实地行动的驱动力。IRENA成立于2011年，是一个政府间组织，促进广泛采用和可持续利用各种形式的可再生能源，包括生物能源，地热，水电，海洋，太阳能和风能，以追求可持续发展，能源获取，能源安全和低碳经济增长和繁荣。. Acknowledgements 本工作文件是由MartinaLyons，PaulDurrant和KaranKochhar在DolfGielen的指导下撰写的。该论文受益于IRENA同事MichaelTaylor关于成本的宝贵投入，SimonBenmarraze，PaulaNardone和JosepineAxelsson关于NDC的投入，以及SeungwooKang和AravindGanesan关于BEC 该工作文件受益于EveTamme（气候原则），AlexJoss（UNFCCC气候冠军团队），MaiBi（伦敦帝国理工学院） ，SaaO'Coor-Morberg和KashBrchett（能源过渡委员会）和WolfgagScheider（欧洲委员会）提供的技术审查。还收到了IRENA同事HeribBlaco，FraciscoBosell，PabloCarvajal，RemiCerda，PalKomor和CarlosRiz的宝贵反馈和评论。该报告由弗朗西斯·菲尔德编辑。 有关更多信息或提供反馈： 免责声明 本出版物中表达的观点是作者的观点，不一定反映IRENA的观点或政策。本出版物不代表IRENA对任何主题的官方立场或观点。 技术论文系列是对技术讨论的贡献，并传播有关主题的新发现。此类出版物可能受到相对有限的同行评审。它们由个别作者撰写，应相应地引用和描述。 本文表达的发现，解释和结论是作者的发现，解释和结论，不一定反映IRENA或其所有成员的意见。IRENA不对本工作的内容承担责任，也不保证本文数据的准确性。 IRENA或其任何官员，代理商，数据或其他第三方内容提供商均不提供任何明示或暗示的保证，他们对使用本文的出版物或材料的任何后果不承担任何责任或责任。提到特定的公司、项目或产品并不意味着它们得到IRENA或作者的认可或推荐。本文所采用的名称和材料的呈现并不意味着IRENA或作者对任何地区、国家、领土、城市或地区或其当局的法律地位或对边界或边界的划定表示任何意见。 CHAPCHET 以可更新的方式达到零 Capturing碳 碳捕获和储存（CCS），碳捕获和利用 （CCU）和二氧化碳去除（CDR）技术的现状和潜力，以及它们与可再生能源在全球净零排放途径中的协同作用。 3 以更新的方式达到零：捕获碳 CONTENTS 数字表框 缩写 执行摘要 5 6 6 7 8 1.碳捕获的作用 13 2.碳捕获、运输、利用和储存的现状 19 3.CCS、CCU和CDR的未来作用 26 4.今后10年需要采取的行动 34 参考文献 40 Annexes 43 附件A:CCS、CCU和CDR及其在排放中的作用reduction44 附件B:CO2捕获-状态和电位54 附件C:二氧化碳运输的现状和潜力80 附件D:CO2的现状和潜力存储83 附件E:CO2的现状和潜力利用率92 附件F:CDR技术的现状和潜力(BECCS&DACCS)95 参考文献 101 CHAPTER Figures 图1:IRENA计划能源方案（PES）和1.5°C方案（2021-2050）中的技术总投资..10 图2:碳循环14 图3:全球碳捕获装机容量的规模需要15 图4:碳链17 图5:CCS、DACCS和BECCS的商业、试点和示范项目份额20 图6:CO2捕集的技术就绪水平技术2 图7:二氧化碳捕集技术的商业可用性22 图8:各种报告的选定捕集技术的CO2捕集避免成本科学出版物23 图9:陆上和海上储存的成本估算25 图10:CCS、CCU和BECCS在各部门的作用27 图11:通过碳途径的生产成本，占可再生途径的百分比28 图12:到2050年按部门分列的二氧化碳捕获、利用和/或储存份额29 图13:2050年按部门划分的BECCS份额32 图14:未来10年需要采取的行动35 图15:CCS工厂，2010-2020年46 图16:化石燃料的重要性下降（化石燃料主要供应，2018-2050年，1.5°C情景）50 图17:通过碳途径的生产成本占可再生途径的百分比53 图18:每个源的CO2浓度54 图19:后燃烧55 图20:预燃烧56 图21:氧燃烧56 图22:用化学溶剂直接捕获空气57 图23:不同运行阶段化石燃料发电中CCS/CCU项目的非详尽清单58 图24:CCGT和超临界燃煤电厂的LCOE将于2025年在澳大利亚进行调试美国60 图25:来自不同运营阶段的天然气加工的CCS/CCU项目的非详尽列表64 图26:水泥生产和组件66 图27:水泥行业不同运营阶段的CCS/CCU项目非详尽清单67图28:处于不同发展阶段的钢铁行业CCS和CCU项目清单70图29:石化和化学工业中CCU和CCS工厂的非详尽清单72图30:氢气使用趋势，1980-2018年77 图31:蓝氢CCS项目78 图32:主要油气田（不包括盐层）的二氧化碳储存资源（百万吨）84 图33:主要国家的存储资源评估85 图34:一些CO2-EOR商业和示范项目概述(正在进行、已完成和计划)86 以更新的方式达到零：捕获碳 图35:贫化油气中二氧化碳储存的一些示范项目概述字段87 图36:一些项目在盐层中储存二氧化碳88 图37:储存成本概述(盐层和枯竭或废弃的石油/天然气字段)89 图38:欧洲存储成本概述90 图39:CO2枢纽、集群和运营中的运输网络或发展91 图40:CO2利用应用93 图41:再排放利用的CO294 图42:正在进行和计划中的BECCS/BECCU项目的非详尽列表97 图43:非详尽的直接空气捕获列表项目100 TABLES TABLE1:在IRENA的1.5°C下，2050年生物碳捕获的潜力Scenario32 TABLE2:将CCS纳入G20国家提交《气候公约》的长期战略51 TABLE3:通过不同方法进行燃煤发电的经济性和排放概述61 TABLE4:选择用于捕获水泥厂中的CO2的后燃烧和富氧燃烧技术68 TABLE5:选择在钢铁厂捕集CO2的后燃烧和富氧燃烧技术71 TABLE6:从氨中捕获碳的性能、成本和准备水平概述和甲醇生产73 TABLE7:从乙烯生产中捕获碳的性能，成本和准备水平概述73 TABLE8:不同生物质整合方法的碳和能源效率74 TABLE9:基于化石燃料的CCS和BECCS的避免CO2成本比较75 TABLE10:基于生物质和CCS的氨和甲醇生产路线的比较76 TABLE11:从独立捕获碳的性能、成本和准备水平概述制氢79 TABLE12:来自文献100的DAC的资本和CO2避免成本 BOXES 方框1:BECCS和DACCS16 方框2:消除和减少排放17 方框3:技术准备水平45 方框4:捕集CO2的三种主要方法55 方框5:CO2枢纽，集群和运输网络90 缩写 CHAPTER AMP氨基-甲基-丙醇 ATR自动热重整 BECCS生物能源与碳捕获和储存 BF-BOF高炉-碱性氧气炉 °C摄氏度 CaO氧化钙 CAPEX资本支出 CCGT联合循环燃气轮机CCS碳捕集与封存CCU碳捕获和利用CDR二氧化碳去除 CO2二氧化碳CO2eq二氧化碳当量CS粗钢 DAC直接空气（碳）捕获 DACCS直接空气（碳）捕获和储存DACCU直接空气（碳）捕获和利用DRI直接还原铁 EAF电弧炉 ECRA欧洲水泥研究院 EIB欧洲投资银行 EJexajoule EOR提高采收率 EU欧洲联盟FOAK首创Gt千兆吨 Gtpa千兆吨每年 GW吉瓦特 H2氢气 HRC热轧卷板 IEA国际能源署 IPCC政府间气候变化专门委员会 ktpa每年千吨 kWh千瓦时 kwhe千瓦时电 LCOE均衡的电力成本 LEDS低温室气体排放发展战略 土地利用、土地利用的变化和林业土地利用、土地利用变化和林业 MEA单乙醇胺MDEA甲基二乙醇胺MJ兆焦耳 MSW城市固体废物Mtpa每年百万吨MW兆瓦 MWh兆瓦时 N氮气 Nm3正常立方米 NDC国家自主贡献 NGCC天然气联合循环 NOx氮氧化物 NO2二氧化氮 O&M操作和维护OPEX运营支出PCC燃烧后捕获PCI共同利益项目PPA购电协议ppm百万分之几 Pz哌嗪 RD&D研究、开发和示范 SO2二氧化硫 SMR甲烷蒸汽重整 T&S运输和储存 tCO2吨二氧化碳 TGR-BF顶煤气再生高炉 脚趾吨油当量 Tpa吨每年 TRL技术就绪水平 TWh太瓦小时 UK大不列颠及北爱尔兰联合王国 UNFCCC联合国气候变化框架公约USC超超临界 执行摘要 本技术文件探讨了碳捕集与封存（CCS），碳捕集与利用（CCU）和二氧化碳去除（CDR）技术的现状和潜力，以及它们与可再生能源在能源系统深度脱碳中的作用。它补充并建立在IRENA其他近期报告中关于能源转型的更广泛讨论的基础上，包括《世界能源转型展望》（IRENA，2021a）和《可再生能源实现零》（IRENA，2020）。本文总结了这些技术的现状，包括当前的部署和成本，潜在的未来作用，以及在1.5°C气候变化目标和到2050年实现净零排放的背景下扩大使用这些技术的挑战和前景。主要报告概述了这些主题，而附件提供了更多资源和更详细的背景信息，包括对关键组成部分的讨论以及提供现有和计划项目信息的表格。 二氧化碳的捕获和储存在全球深度脱碳战略中发挥着适度但不可或缺的作用；但在多个行业验证和部署CCS、CCU和CDR技术方面的最新进展速度远远达不到符合1.5oC目标。 不同的CO2捕获技术的作用有时是有争议的，并且通常对能源转型知之甚少。碳捕获技术不应该成为支撑持续使用化石燃料的薄弱商业案例的工具，但它们确实在解决其他技术无法解决的减排方面发挥了作用。在许多应用中，有更好的选择-例如在电力部门使用可再生能源-但在某些工业部门，以及为了平衡系统一级的排放，二氧化碳的捕获和储存很重要。 迄今为止，二氧化碳捕集的进展速度一直很缓慢，虽然有一些迹象表明这种情况可能会发生变化，但该部门的起点较低，考虑到捕集、运输和储存基础设施的项目时间较长，二氧化碳捕集将需要很多年才能开始对排放产生显著影响。 在扩大部署，建立信任和降低成本方面缺乏动力，对全球减排构成了重大风险。在1.5°C途径的背景下，加强对问题的集体理解 ，并围绕现实的二氧化碳捕获途径和解决扩大规模缓慢所需的行动达成共识，现在至关重要。 执行摘要 简报中的关键信息包括: 为能源转型捕获碳 •到2050年达到净零将需要脱碳工具箱中的所有工具。二氧化碳捕集解决方案是必要的组成部分，特别是对于水泥，钢铁和化学工业，并提供负排放，但进展远远超出了所需的步伐。 •术语CCS，CCU和CDR通常与CCUS或CCU/S（碳捕获，使用和存储）混为一谈，它们通常无济于事地用作CCS和CCU的简写，有时用于所有三个。然而，在需要深