导语：

随着世界人口的不断增长，城市化、工业化成为不可阻挡的趋势，各类工厂的指数级增加，碳排放量也随之产生了惊人的增量，凭借地球自身净化已经很难将多余的碳“消化”，那么应该采取怎样的措施来节能减排呢？碳捕获和存储（CCS）技术便是减排组合解决方案中的重要选择。本文将从CCS技术在工业中的作用出发，介绍中国对该技术的生命周期评估以及欧洲工业对CCS技术供应链的优化设计

碳捕捉与储存（carbon capture and storage, CCS）是指将二氧化碳从工业或相关排放源中分离出来，输送到封存地点，并长期将其与大气隔绝。这种技术被认为是未来大规模减少温室气体排放、减缓全球变暖最经济和最可行的方法之一。

1 CCS在工业减排中的作用

CCS技术是可大幅减少温室气体（Greenhouse Gas，GHG）排放的一个重要方法，通过工业碳捕捉和储存（CCS）可以减少一个工厂90%到99%的二氧化碳排放。虽然CCS技术在工业领域的应用非常有限，但它在大幅减少工业温室气体排放方面仍然具有很大的潜力。

麻省理工学院的Sergey Paltsev等研究人员运用麻省理工学院经济预测与政策分析（Economic predicting and Policy Analysis，EPPA）模型，重点关注CCS在水泥、钢铁、化工等行业的应用。他们在假设CCS是温室气体深度减排唯一选择的情况下，分析了世界各地工业碳捕捉和储存的潜力，对长期能源部署进行了规划。

以水泥行业为例，研究人员根据各种因素估算了工业CCS的成本，为规划跨行业和跨地区的工业CCS部署提供了一条新的路径。通过分析能源密集型工业部门的温室气体排放数据、详细分析水泥生产中CCS的作用，重点介绍在能源经济模型中工业CCS的情况后，研究人员发现，工业碳捕捉与储存的技术优势有利于减少政府在减排方面的投入，提高工业生产总量，持续消耗能源密集型产品，大幅减少行业和全球碳排放。

本研究还分析了几种CCS技术在全球经济模式下的竞争力，在EPPA模型中分别对燃煤和天然气进行了具体分析。天然气火力发电厂虽然比燃煤火力发电厂成本低，但竞争力不强，无法取代中国传统火力发电厂。如果成本降低，CCS技术将变得更有竞争力。

总体而言，工业CCS技术使能源密集型产品的使用持续增长，同时能大幅减少全球碳排放。在有国家出台的相关政策支持的情况下，CCS是减缓温室气体排放的关键方法之一。

参考文献：

Sergey Paltsev, etc. Hard-to-Abate Sectors: The Role of Industrial Carbon Capture and Storage (CCS) in Emission Mitigation[J]. Applied Energy 300(2021)117322.

02 中国对CCS技术的生命周期评估

针对这种情况，中山大学广东省气候变化研究中心等研究团队从生命周期的角度评估了水、能源消耗和四种类型的供能植物燃烧后碳捕集（Post-combustion Capture，PCC）之间的关系。在全球范围内，煤炭发电仍是主要的发电方式之一，占据38%的市场份额，占能源相关二氧化碳排放的30%以上。此外，全球年平均地表温度比工业化前水平升高1摄氏度，其中0.3摄氏度的升温是由煤炭燃烧产生的二氧化碳排放造成的，这表明煤炭是全球气温升高的罪魁祸首。不可否认的是，使用可再生能源和其他技术正变得越来越普遍。然而，发展碳捕捉和储存（CCS）技术仍然是实现长期气候目标和实现化石发电厂和行业深度脱碳的关键。

此外，该报告还强调，必须推动电厂在未来30年采用CCS技术。燃烧后碳捕集技术是减少燃煤电厂二氧化碳排放的首选技术，其能够以较低成本改装到现有电厂。然而，二氧化碳分离过程的密集能源消耗、高运营成本等一直是PCC电厂大规模发展的主要障碍。胺基碳捕集技术的原理是利用胺类溶剂将二氧化碳分子吸附到液体溶液中，这也是目前最成熟的二氧化碳捕集技术之一。然而，将胺基碳捕集系统集成到现有电厂将降低9%至12%的燃煤电厂的效率。此外，水也是CCS过程中不可或缺的资源，CCS的大规模部署可能会消耗大量水资源，对缺水地区来说压力较大，需要有所权衡。

该研究对现有燃烧后碳捕集（PCC）技术的二氧化碳减排、一次能源消耗和水消耗之间的权衡进行了深入评估。从减排的生命周期的角度来看，初级能源需求的显著增加和水资源的消耗分别导致了温室气体减排的生命周期成本升高。对不同冷却方式的分析表明，冷却技术的选择对PCC电厂的生命周期有重要影响。同时，二氧化碳吸附剂的推广是减少生命周期和温室气体排放的一种很有前途的方法，可节省30%的能源成本。总之，研究结果明确指出了温室气体减排和能源需求之间需要权衡的关系，以及碳捕捉技术的水资源消耗情况。面对日益严重的水资源和能源短缺，政府在制定碳减排路径时需要考虑这些复杂的因素。该研究使人们对水、能源和碳三者的关系有了更全面的理解，在可持续发展方面有着深远意义。

参考文献：

Junyao Wang, etc. Water-Energy-Carbon Nexus: A Life Cycle Assessment of Post-Combustion Carbon Capture Technology from Power Plant Level[J]. Journal of Cleaner Production 312(2021)127727.

03 欧洲工业对CCS供应链的优化设计

过去几年，随着人类工业碳排放量的不断攀升，全球气候变暖的形势日益严峻，节能减排变得越来越重要。能源消耗与工业生产是造成这一环境问题的重要因素，它们制造了世界范围内人为二氧化碳排放量的60%。工业和产业集群的长期脱碳（脱碳：指钢的表层碳分较内层碳分降低的现象）呼唤更先进更高效的技术手段，CCS技术正逐渐成为公认的有效方法。

CCS技术是减轻难脱碳行业二氧化碳排放的关键。针对欧洲钢铁、水泥和炼油等行业，基于精确的时空坐标，将二氧化碳通过船只或管道运输到北海盆地等地区储存，这是一种对欧盟层面工业源碳捕获和储存供应链的优化设计，能够在一定范围内降低工业减排成本。

参考文献：

Federico d’Amore, Matteo Carmelo Romano, Fabrizio Bezzo. Optimal Design of European Supply Chains for Carbon Capture and Storage from Industrial Emission Sources Including Pipe and Ship Transport[J]. International Journal of Greenhouse Gas Control 109(2021)103372.

结语：

由此可见，CCS技术不仅为减排事业做出了重要贡献，还对过度碳排放引起的全球性温室效应等也起到了一定的抑制作用，从这些方面来看，CCS技术的出现无疑是人类发展过程中的一个重大突破。然而，“金无足赤”，它也存在着相关有待改进的不足之处，值得人们继续深入探究。总之，对于CCS技术，我们应抱有积极态度，尽可能地发挥其作用，让其在减排、储存碳方面“大展身手”。

撰稿：陈鸿硕 司琪 章钰佳 侯皓天

排版：侯皓天

初审：马世昕 刘禹鸶

终审：高霄 储艳 郭喆 金叶 贺梵