碳捕集利用封存（CCUS）助力中国工业转型报告

碳捕集利用/封存（CCU/S）助力中国工业转型 本报告在德国联邦经济和气候保护部发起的双边能源伙伴关系框架下编制。 出版说明 发行方 德国国际合作机构 中德能源转型研究项目（EnTrans）项目负责人：MarkusWypior 塔园外交办公楼2-5 北京市朝阳区亮马河南路14号邮编：100600 北京，中国www.energypartnership.cn 作者 LeonFlöer（第一作者）,德国能源署MartinAlbicker,德国能源署 SaraHoff,德国能源署LeonPodehl,德国能源署 TobiasSpringer（项目牵头人）,科隆大学能源经济研究所JulianKeutz,科隆大学能源经济研究所 StephanTerhorst,科隆大学能源经济研究所MaximilianWalde,科隆大学能源经济研究所PatriciaWild,科隆大学能源经济研究所 图片来源 德国联邦经济和气候保护部（BMWK）/封面与插图第5页:shutterstock/Toa55 第11页:shutterstock/chuyuss 第18页:shutterstock/Bilanol 第39页:shutterstock/3rdtimeluckystudio 第69页:shutterstock/QualityStockArts 第74页:shutterstock/mojocp 设计与排版 Heimrich&Hannot有限责任公司 更新时间 2023年12月 本资料页是中德能源转型研究项目（EnTrans）的出版物。EnTrans项目是中德能源与能效合作伙伴的组成部分之一，项目致力于为中德两国政府和相关能源智库提供政策建议。 EnTrans的德方执行机构为德国国际合作机构（GIZ）、德国能源署 （dena）、德国智库Agora能源转型论坛；中方执行机构为电力规划设计总院、中国南方电网能源发展研究院、中国科学院应用生态研究所。 项目管理与协调 刘雪玲，德国国际合作机构 免责声明 本报告全文受版权保护。截至本研究报告发布前，德国国际合作机构和相关作者对出版物中所涉及的数据和信息进行了仔细研究与核对，但不对其中所涉及内容及评论的正确性和完整性做任何形式的保证。本出版物中涉及到的外部网站发行方对其网站相关内容负责，德国国际合作机构和相关作者不对其内容承担任何责任。本文中的观点陈述不代表委托方的意见。对于图例是否最新、正确或者完整，以及由其使用造成的任何直接或间接损害，德国国际合作机构和相关作者概不承担任何责任。 能源合作伙伴实施机构合作伙伴 目录 执行摘要4 1引言6 1.1定义和术语6 1.2CCU/S的必要性7 1.3C全球、欧盟和德国的碳捕集利用与封存状况8 2中国的CCU/S现状11 2.1中国CCU/S现状11 2.2政治战略13 2.3CCU/S作为减缓选项的预期作用15 3CCU/S作为气候减缓选项的作用18 3.1与其他气候减缓选项的比较18 3.2水泥水泥行业19 3.3电力部门22 3.4钢铁22 3.5化学工业24 3.6制氢28 3.7废弃物生产能源29 3.8负排放30 4CCU/S技术35 4.1二氧化碳捕集35 4.2二氧化碳运输与封存45 4.3二氧化碳利用50 4.4经济分析52 5CCU/S作为气候缓解方案的系统分类62 5.1方法论62 5.2评估62 5.3分类64 6政策建议67 6.1碳中和转型背景下提出的基本建议67 6.2法律调整67 6.3监管措施68 6.4经济可行性和筹资69 6.5开展碳捕集与利用（CCU)70 6.6碳管理战略71 6.7CDR/负排放72 缩略语表73 图片列表76 表格列表77 参考文献78 附录84 碳捕集利用/封存（CCU/S）助力中国工业转型I执行摘要 执行摘要 1.碳捕集利用/封存（CCU/S）是中国实现气候保护目标的关键技术 多项研究对中国碳捕集利用与封存的预测显示，CCU/S将成为中国实现气候目标的关键因素。其中一些预测显示，到2060年碳捕集量可达26亿吨，累计减排量中CCU/S的贡献率为8%；另一些预测估算到2060年碳捕集规模每年为10-26亿吨。这些预测的共同点是，CCU/S将在水泥、石灰、化工和钢铁行业以及发电厂等行业应用，并通过生物质能碳捕集与封存（BECCS）和直接空气碳捕集与封存（DACCS）技术实现负排放。 近期研究表明，中国拥有相当大的二氧化碳封存潜力，近海陆地和近海封存潜力为1.2-4.1万亿吨，完全能够满足中国几个世纪的封存需求。 2.中国在CCU/S法律和监管框架及激励机制方面面临重大 挑战. 最重大的挑战之一是缺乏有效的激励机制（例如合理的碳定价或适当的补贴），这使得要证明项目的经济可行性并吸引到投资变得相当困难。中国尚未建立一个全面的CCU/S监管和标准框架，项目审批过程中存在不确定性和延迟现象。此外还涉及对潜在环境风险的管理以及监测、报告和核查标准不足的情况。电力部门中CCU/S与非化石能源各自的作用也尚需讨论。 二代捕集技术、管道输送技术、地质封存、安全监测技术与 装备等核心技术方面也存在差距。 3.从长远来看，CCU/S对中国的水泥和石灰行业、废物管理以及负排放领域是必不可少的技术 通过研究，我们建议：到2030年，在化工行业、燃煤电厂 （改造）、钢铁行业（改造）、水泥和石灰生产以及废物管理中推行使用碳捕集与封存（CCS）技术；到2060年，随着中国实现碳中和，重点领域将发生变化，因为必须在使用CCS之前逐步淘汰化石燃料。从长远来看，非化石能源是实现可持续净零排放的唯一选择。因此，到2060年，CCS被视为是一种对水泥和石灰行业及废物管理领域难以实现的减排、以及通过DACCS和BECCS实现负排放（CDR，即二氧化碳移除）的有效气候减缓选项。为了有效分配资源和补贴、确定好基础设施的适当规模并避免锁定效应，明确CCU/S应用的优先顺序和定义至关重要。 4.CCU/S技术在中国燃煤发电厂的应用是中短期减排的明智选择. 本研究的技术和经济分析表明，从长远来看（至2060年），在容量充足的情况下，利用可再生能源（特别是风能和太阳能）发电通常比配备碳捕集（CC）技术的燃煤电厂更为经济高效。中短期内，燃煤电厂的碳捕集应用将发挥关键作用，尤其是在可再生能源利用有限的地区。当前预测表明，到2060年，燃煤电厂的碳捕集应用在碳捕集总量中的占比最大。 5.CCU/S需要多种政策工具的支持，尤其是激励机制、运输监管框架以及二氧化碳封存法规. 建议制定专门的二氧化碳封存法，明确监测、报告和核查 （MRV）责任，规范许可证发放，并包括处理潜在封存失败的相关方案和规定。建立二氧化碳处理基础设施，既是技术挑战也是监管挑战，需要先行解决。鉴于中国碳排放权交易体系（ETS）碳价较低，实现CCU/S的商业模式需要额外的激励措施。初期针对投资成本的激励措施可能有效，启动阶段可能需要碳差价合约或固定补贴等支持措施。 碳捕集利用/封存（CCU/S）助力中国工业转型I执行摘要 1引言 1引言 本章定义了碳捕集与封存的相关术语，并对碳捕集利用与封存必要性的评估，国际、欧洲和德国的发展概况进行了介绍。 1.1定义和术语 CCS（CarbonCaptureandStorage）碳捕集与封存 从生物或化石源或大气中捕集二氧化碳，并将其运送到封存地点永久隔离在地质构造中的过程。碳捕集与封存的气候影响取决于二氧化碳的来源（化石源、生物源、大气源）、整个过程链中的温室气体排放，以及储存的稳定性，储存稳定性需要适当的监测。 CCU（CarbonCaptureandUtilization）碳捕集与利用 从生物或化石源或大气中捕集并利用二氧化碳并加以利用的过程，可以直接作为二氧化碳进行利用，或化学转化生为新产品。碳捕集与利用的气候影响取决于二氧化碳的来源、能源供应、产品生命周期、过程中的二氧化碳排放量以及所替代的产品。 CCU/S（CarbonCapture,Utilization/Storage）碳捕集利用/封存 所有碳捕集与封存（CCS）和碳捕集与利用（CCU）过程的统称，涵盖从大气或生物源或化石二氧化碳排放点源中捕集、处理、压缩、运输、利用或永久封存二氧化碳的全过程。1 CDR（CarbonDioxideRemoval）二氧化碳移除 亦称为“负排放”。 从大气中移除二氧化碳并将其固定在地质封存库、陆地或海洋碳库（如生物质）或耐久产品中的人类活动。就活动本身及其潜在间接气候影响（如土地退化）进行的全面生命周期评估，对评估二氧化碳移除的气候效果至关重要。 DACCU/S（DirectAirCarbonCaptureandUtiliza- tion/Storage）直接空气碳捕集利用/封存 使用来自DAC（直接空气捕集）的二氧化碳的碳捕集、利用与封存过程。在某些条件下，DACCU/S工艺有实现负排放的潜力。 BECCU/S（BioenergyCarbonCaptureandUtiliza- tion/Storage）生物质能碳捕集利用/封存 使用生物源二氧化碳的碳捕集、利用与封存过程。在某些条件下，BECCU/S工艺有实现负排放的潜力。 基于自然的气候解决方案 旨在保护陆地或海洋生态系统，并在可能的情况下加强其气候减缓效果，同时保护生物多样性的措施。如果自然气候解决方案能够从大气中去除二氧化碳并长期封存起来，就能实现负排放（二氧化碳移除）。 1FOCCU/S，是一种对化石源排放的二氧化碳进行捕集的方式。 图1:国际能源署（IEA）2021年零净排放情景下碳捕集发展预测 来源:IEA（2021b） 10倯壢俔癌坰翖 哋偍 縎灟免皷瀆辁 窽∩儻椥 挨谭脊倄 脊耕窽∩脊倄 哋偍 栠仾 栠仾窽鄂栠仾恞籡 枷嚪釳柃脊耕谭池悧穯皷反 崶閤谭池狮岗溒チ 1.2CCU/S的必要性 以下是根据国际能源署（IEA）和政府间气候变化专门委员会 （IPCC）的研究结果，对CCU/S必要性的评估。 根据IPCC计算的情景（与《巴黎协定》目标将全球升温控制在2摄氏度以下（如有可能控制在1.5摄氏度以下）相符），有必要使用CCS和CCU技术，既用于减少源排放（化 石CCS）来实现负排放（BECCS、DACCS），也为生产原料和电 燃料提供碳源（CCU）。 由于CCS和CCU的成本和应用在不同部门存在很高的不确定性，2050年化石源二氧化碳排放的捕集量预估在1.0-18亿吨 /年（IPCC2022）。 在国际能源署“2050年净零排放”情景2中，到2050年总共需要76亿吨二氧化碳捕集量，其中71亿吨用于CCS，5亿吨用于CCU。二氧化碳捕集的分布参见图1所示。国际能源署强调CCU/S在发展中国家和新兴国家新建电厂（特别是燃煤电厂）中将起到关键作用，在国际能源署设定的情景中，到2030年，将有50吉瓦的燃煤电厂（相当于2030年总容量的 4%）将配备二氧化碳捕集装置，30吉瓦的天然气电厂将配备 二氧化碳捕集装置（相当于2030年总容量的1%）；到2050 年，燃煤电厂的计划捕集能力将增加到220吉瓦，天然气电 厂增加到170吉瓦（IEA2021b）。尽管如此，电力部门捕集的二氧化碳量只占当今电力行业排放量的一小部分（2021年约140亿吨二氧化碳（IEA2021b））；到2050年，使用CCU/S的化石燃料在全球电力结构中仅占约2%。大部分减排将通过可再生能源发电实现，主要为光伏和风能。 在上述情景中，DACCS和BECCS及基于自然的气候解决方案被视为主要的CDR技术，与之前的IPCC报告相比，对实现气候中和的贡献率增大了。对于全球升温可能不超过2摄氏度的情景，IPCC情景假设到2100年的累计二氧化碳移除量如下 （IPCC2022）： -BECCS：1700-6500亿吨二氧化碳 -DACCS：0-2500亿吨二氧化碳 -土地部门：农业、林业、其他土地利用（AFOLU）： 100-2500亿