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Assessment of Global and Regional BECCS Development Potential Under the Scenario of Global Warming of 2 ℃/1.5 ℃ 本`文-內.容.來.自：中`國^碳`排*放*交^易^網 ta np ai fan g.com
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應對氣候變化是一項重要的全球性議題。2018年全球平均CO2濃度達到歷史最高水平的0.040 78%，是工業化前CO2濃度的147%，其中使用化石燃料排放的CO2是引起氣候變化的主要原因[1]。2018年包括土地利用變化在內的溫室氣體排放量達到553億t CO2當量，其中化石燃料相關的CO2排放達到375億t 當量[2]。全球溫室氣體排放不斷增長意味著排放達峰的延后，以及需要幅度更大、速度更快的減排措施才能將溫升控制在2 ℃或1.5 ℃以內[2]。快速減排極有可能需要考慮CO2移除（carbon dioxide removal，CDR）技術[3]，包括生物質能結合碳捕集和封存（bioenergy with carbon capture and storage，BECCS）、造林和再造林、土壤恢復和土壤碳固定、直接空氣碳捕集和封存（carbon capture and storage，CCS）以及增強風化和海洋堿化等[4]。
生物質能的直接利用和BECCS在減緩全球氣候變化中發揮著重要的作用[4, 5]。一般而言，植物在生長過程中會吸收CO2，在利用生物質能的過程中會釋放CO2，因此生物質能的利用通常被認為是碳中性的。而BECCS技術將生物質能的利用與CCS相結合，通過CCS技術將生物質能利用過程中排放的CO2進行分離、壓縮并運至封存地點，使其與大氣長期隔離起來。BECCS是應對氣候變化的重要措施，許多綜合評估模型（integrated assessment models，IAMs）的研究成果都表明，要依賴BECCS的大規模部署來實現全球溫升控制2 ℃或1.5 ℃的目標。聯合國政府間氣候變化專門委員會（Intergovernmental Panel on Climate Change，IPCC）在《全球升溫1.5 ℃》特別報告中提出，在實現全球溫升1.5 ℃路徑中，2030年、2050年和2100年的BECCS的規模預計將達到0～1、0～8和0～16 Gt/a[4]。 本*文`內/容/來/自:中-國-碳^排-放“交|易^網-tan pai fang . c o m
全球各區域的生物質能潛力和碳封存潛力有較大差異，因此未來各區域BECCS的發展潛力與技術構成會有較大差異。這些差異也會在一定程度上影響各區域實現全球溫升2 ℃/1.5 ℃的目標選擇和減排路徑選擇。為了能夠對現有BECCS發展潛力在區域層面的研究有一個初步認識，本研究基于全球情景研究數據庫，分析了全球各區域生物質能發展潛力以及BECCS發展潛力。 本*文@內-容-來-自；中_國_碳^排-放*交-易^網 t an pa i fa ng . c om
本研究的全球區域劃分主要參考IPCC共享社會經濟路徑（Shared Socioeconomic Pathways，SSP）數據庫中的區域劃分，分為3個層次[6]。第一個層次是將全球分為5個區域，分別是OECD——包括1990年的OECD國家以及歐盟成員國和候選國，REF——東歐和前蘇聯國家，ASIA——除了中東、日本和前蘇聯國家以外的亞洲國家，MAF——中東和非洲國家，LAM——拉丁美洲和加勒比海地區的國家；第二個層次是將全球分為32個區域；第三個層次是以各個國家和地區為主的劃分方式。本研究主要關注世界主要區域的BECCS發展潛力，因此在區域劃分上保持與IPCC數據庫中5個區域相同的劃分方式（具體的區域劃分見https://tntcat.iiasa.ac.at/SspDb）。對于區域劃分方式不同，但具有重要參考價值的其他來源數據，根據第二層次和第三層次的區域劃分規則進行重新聚合后加以分析。
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生物質能的利用主要分兩大類：低效的傳統生物質利用，例如將木材和秸稈當作薪柴用于炊事和采暖；高效的現代生物質能利用，例如將生物質轉化為固體、液體和氣體用于發電、供熱、熱電聯產和交通運輸燃料等[5]。
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根據149個世界主要國家和地區的能源數據核算，2017年全球生物質能利用量達到53.06 EJ，其中ASIA區域生物質能利用規模最大，2017年的利用量約為20.66 EJ；其次為OECD區域和MAF區域，生物質能利用規模約為12.65 EJ和13.67 EJ；LAM區域生物質能利用規模約5.91 EJ；而REF區域生物質能利用規模較小，僅為0.57 EJ（見表1）。生物質能利用中生物質固體燃料的利用量最大。2017年全球生物質固體燃料利用量達到46.23 EJ，其中ASIA區域和MAF區域是占比最大的地區，根據IEA統計的2017年世界主要區域生物質能利用情況（見圖1），MAF區域的生物質固體燃料利用量達到13.67 EJ，大部分用于終端消費，其中住宅用能達到9.98 EJ，而生物質液體燃料、沼氣和城市生活垃圾的利用量幾乎為零。ASIA區域的生物質固體燃料利用方式也以住宅用能為主，2017年住宅用能達到13.19 EJ，同時ASIA區域在生物質液體燃料、沼氣和城市生活垃圾的利用上也有一定的比例。相比其他區域，OECD區域在生物質液體燃料、沼氣和城市生活垃圾的利用中占比相對較大，2017年OECD區域的生物質液體燃料、沼氣和城市生活垃圾的利用量分別占全球利用量的66.45%、69.70%和70%。從生物質能利用方式來看，全球各區域的生物質固體燃料主要用于住宅用能，部分生物質固體燃料也用于工業以及發電、供熱和熱電聯產等。生物質液體燃料基本上用于交通部門，而城市生活垃圾和其他廢棄物大部分用于發電、供熱和熱電聯產。比較不同的是沼氣的利用，在沼氣利用量最大的兩個區域中，OECD區域大部分的沼氣用于轉化為二次能源，ASIA區域的沼氣主要用于住宅用能。
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表1 2017年世界主要區域生物質能利用概況[7]
Table 1 Global bioenergy utilization in 2017
注：①基于全球149個國家和地區的能源數據進行核算，由于缺少部分國家的統計數據，核算的生物質能利用總量略低于全球的統計數據。②統計的生物質液體燃料以t為單位，為方便數據之間的對比，按乙醇熱值26.9 MJ/kg進行了換算。 本+文`內.容.來.自：中`國`碳`排*放*交*易^網 t a np ai fan g.com
高效的生物質能利用方式中，生物質發電是其主要的利用方式之一。根據2019年IRENA的統計結果[8]，2017年全球生物質發電量達到495 395 GWh，相比于2009年增加了218 335 GWh。OECD區域是生物質發電量最大的地區，2017年OECD區域生物質發電量達到291 214 GWh，其中生物質固體燃料占70.05%，液體生物質燃料占1.80%，沼氣發電占28.15%。ASIA區域、LAM區域和MAF區域主要是生物質固體燃料發電，2017年ASIA區域生物質發電達到126 718 GWh，其中生物質固體燃料發電占96.74%，沼氣發電占3.26%。LAM區域和MAF區域2017年生物質發電分別為72 112 GWh和3453 GWh，其中生物質固體燃料發電分別占98.21%和89.34%。REF區域的生物質發電量最小，2017年生物質發電量為663 GWh，主要是生物質固體燃料和沼氣發電，分別占70.23%和29.77%（見圖2）。 本*文`內/容/來/自:中-國-碳^排-放“交|易^網-tan pai fang . c o m
圖1 2017年世界主要區域生物質能利用概況（根據2017年IEA統計結果整理）[7]
Fig.1 Global bioenergy utilization in 2017 (based on statistical resutcs of IEA,2017)
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注：①轉化包括生物質發電、供熱和熱電聯產以及轉化成其他形式的能源等；生物質能終端消費分為工業部門、交通部門和住宅等其他部門，住宅等其他部門包括住宅、農業、林業、漁業、商業和公共服務等。②數據來源于IEA《世界能源統計2019》，基于全球149個國家和地區的能源數據進行核算，由于缺少部分國家的統計數據，核算的生物質能利用總量略低于全球的統計數據。
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圖2 世界主要區域不同生物質發電技術的發電量（根據2019年IRENA統計結果整理）
Fig.2 Global electricity generation from biomass resources (based on statistical results of IRENA,2019) 內-容-來-自；中_國_碳_0排放￥交-易=網 t an pa i fa ng . c om
圖3 世界主要區域不同種類的生物質固體燃料的發電量（根據2019年IRENA統計結果整理）
Fig.3 Global electricity generation from solid biomass resources (based on the statistical results of IRENA,2019) 本+文`內.容.來.自：中`國`碳`排*放*交*易^網 t a np ai fan g.com
生物質固體燃料的發電量中ASIA區域、LAM區域和OECD區域占比最大。將生物質固體燃料發電細分為城市生活垃圾、蔗渣和其他固體廢棄物發電（見圖3），城市生活垃圾發電和其他固體廢棄物發電主要分布在ASIA和OECD區域，2017年這兩個區域的城市生活垃圾發電分別達到23 250 GWh和33 604 GWh，其他固體廢棄物發電分別達到94 818 GWh和169 145 GWh。蔗渣發電主要分布在LAM區域，2017年LAM區域的蔗渣發電達到45 375 GWh，占全球蔗渣發電量的84.1%。 本文+內-容-來-自；中^國_碳+排.放_交^易=網 t a n pa ifa ng .c om
本研究對IPCC數據庫中的共享社會經濟路徑數據庫（SSP scenario database）[6]和CD-LINKS數據庫（CD-LINKS scenario database）[9]進行了評估分析。
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SSP數據庫主要是共享社會經濟路徑和相關綜合評估情景的定量預測。SSP是IPCC開發的情景框架，反映了社會經濟發展與輻射強迫之間的關聯，以及不同社會經濟路徑所面臨的氣候變化適應與減緩挑戰[10-12]。其中社會經濟情景由5條SSP路徑表示，而氣候情景由典型濃度路徑（representative concentration pathways,RCP）表示。SSP路徑對應的 RCP2.6和RCP1.9分別代表了SSP情景限制全球溫升2 ℃和1.5 ℃的路徑，與基準情景一起是本研究綜述的3類情景。 本文@內/容/來/自:中-國-碳^排-放-交易&*網-tan pai fang . com
CD-LINKS數據庫來自于CD-LINKS 項目的主要成果。CD-LINKS項目主要探討了氣候行動和社會經濟發展之間復雜的相互作用，并開發了一系列以當前的國家政策和國家自主貢獻作為短期氣候行動目標的國家和全球低碳發展路徑，同時逐漸過渡到巴黎協定中關于2 ℃/1.5 ℃的長期目標[13]。CD-LINKS以不同的氣候政策開發了8個不同的情景，其中NoPolicy（無氣候政策影響的基準情景）在本研究中按基準情景進行分析報告、NPi2020_1000（當前的國家政策持續到2020年，2020年之后維持2011—2100年1000 Gt CO2的碳預算，相當于超過66%的機會在21世紀末達到2 ℃溫升情景）和NPi2020_400（當前的國家政策持續到2020年，2020年之后維持2011—2100年400 Gt CO2的碳預算，相當于超過66%的機會在21世紀末達到1.5 ℃溫升）在本研究中分別按2 ℃和1.5 ℃進行分析報告。以下綜述以比較這3類情景為主。 本`文@內-容-來-自；中^國_碳0排0放^交-易=網 ta n pa i fa ng . co m
SSP和CD-LINKS從不同的角度探討了未來的應對氣候變化路徑。其中SSP結合了未來社會經濟發展和典型濃度路徑，設計了不同的社會發展模式，代表了不同的減緩和適應挑戰。CD-LINKS則探討了國家政策與全球溫升目標之間的關聯。
從生物質能發展規模上看，眾多IAMs模型的研究結果都表明未來的生物質能利用量有可能不斷增加[4-5]。
SSP數據庫中，全球各區域的生物質能利用量將逐步增加。基準情景下（見圖4（a）），ASIA、MAF和OECD區域是發展較快的地區，從2020年到2100年，這三個區域的平均生物質能利用量分別增加了12.98 EJ/a、13.64 EJ/a和14.06 EJ/a。相對而言，LAM和REF區域分別增加了5.75 EJ/a和2.58 EJ/a。當考慮全球溫升目標的影響時，各區域的生物質能利用量相比基準情景都明顯增加（見圖4（b））。在全球溫升2 ℃情景下，ASIA和OECD區域的平均生物質能利用量在2020年到2100年期間分別增加了58.34 EJ/a和73.47 EJ/a，而LAM、MAF和REF區域分別增加了30.74 EJ/a、30.27 EJ/a和12.74 EJ/a。而考慮更為嚴格的溫升目標時，全球溫升1.5 ℃情景下各區域的生物質能利用量相對于全球溫升2 ℃情景增加的相當有限（見圖4（c）），結合各區域的生物質資源潛力，預計當生物質能的利用量達到較高水平時，將更多受制于土地、淡水、糧食安全等上限約束。 本`文@內/容/來/自:中-國^碳-排-放^*交*易^網-tan pai fang. com
CD-LINKS數據庫中，基準情景下的生物質能利用量也同樣在不斷增加。從2020年到2100年，ASIA、LAM、MAF、OECD和REF區域的平均生物質能利用量分別增加了4.04 EJ/a、5.13 EJ/a、7.85 EJ/a、15.54 EJ/a和1.29 EJ/a，其中ASIA和MAF區域的增加量與SSP數據庫相比大幅減少（見圖5（a））。在溫升2 ℃情景下，CD-LINKS數據庫中ASIA和OECD區域的生物質能利用量的增加（2020—2100年，ASIA和OECD區域的平均生物質能利用量分別增加了32.66 EJ/a和53.43 EJ/a）相對于SSP數據庫（2020—2100年，ASIA和OECD區域的平均生物質能利用量分別增加了58.34 EJ/a和73.47 EJ/a）也大幅減小（見圖5（b））。
從轉化為二次能源的生物質能利用方式上看，生物質發電、生物質制氫、生物質液體燃料以及沼氣是未來主要的生物質能利用方式（見圖6）。SSP數據庫的基準情景中，未來的生物質能利用以生物質發電和生物質液體燃料為主，并且在不斷增加，相對而言，生物質制氫無論是總量和增加幅度都十分微小，而部分區域沼氣的利用量反而在緩慢下降。考慮溫升條件的約束時，生物質發電和生物質液體燃料依然是主要的利用方式。與基準情景下各區域的生物質制氫接近于0不同的是（2020年各區域在基準情景下的生物質制氫平均利用量約為0 EJ/a，2100年為0.01~0.16 EJ/a），溫升控制情景下生物質制氫的發展潛力將大幅增加，2100年各區域生物質制氫在2 ℃溫升情景下的平均利用量為0.92～6.45 EJ/a，在1.5 ℃溫升情景下的平均利用量為1.24～8.76 EJ/a。此外，情景研究結果表明沼氣的發展潛力受到溫升目標的約束相對較小，基準情景下，除了OECD區域的沼氣平均利用量在2020—2100年期間下降了0.59 EJ/a，其他區域基本維持當前的利用水平。在溫升條件約束下，沼氣利用量的增加幅度也很小，其中ASIA是增加最大的區域。2020—2100年期間，ASIA區域的平均沼氣利用量在2 ℃和1.5 ℃溫升情景下分別增加了2.51 EJ/a和2.84 EJ/a，而其他區域的增加量較小。
圖4 SSP數據庫中世界主要區域的生物質能發展潛力
Fig.4 Regional bioenergy development potential of SSP scenario database 夲呅內傛萊源亍：ф啯碳*排*放^鮫*易-網 τā ńｐāīｆāńɡ.ｃōｍ
圖5 CD-LINKS數據庫中世界主要區域的生物質能發展潛力
Fig.5 Regional bioenergy development potential of CD-LINKS scenario database 本文+內-容-來-自；中^國_碳+排.放_交^易=網 t a n pa ifa ng .c om
圖6 SSP數據庫中世界主要區域生物質能利用方式
Fig.6 Regional bioenergy utilization of SSP scenario database
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由于各區域的生物質資源量、技術路線的選擇以及社會經濟發展水平的差異，其BECCS潛力也存在著較大的差異。生物質資源相對豐富的OECD區域，BECCS發展得相對更早，并且發展的潛力也最大。實際上目前已有的BECCS示范項目基本上分布在OECD區域[14]。考慮到BECCS技術的發展，情景數據的結果表明各區域BECCS在2030年以前的發展較為緩慢，從2030年到2050年開始快速發展。例如SSP數據庫的2 ℃溫升情景中，2030年全球BECCS發展潛力為0～29.83 EJ/a，到2050年迅速增加到5.48～159.60 EJ/a，其中ASIA和OECD是發展較快的地區，2050年這兩個區域的BECCS發展潛力分別為1.78～54.38 EJ/a和2.00～59.01 EJ/a，其余區域為0～30.12 EJ/a。全球溫升1.5 ℃情景下，各區域發展BECCS的時間更早，并且發展潛力也更大。以BECCS發展潛力最大的兩個區域為例，全球溫升1.5 ℃情景下，ASIA區域在2030年和2050年的BECCS發展潛力分別為0.04～6.37 EJ/a和5.60～103.41 EJ/a；OECD區域為0.04～9.91 EJ/a和5.18～102.81 EJ/a（見圖7）。
CD-LINKS數據庫中，BECCS同樣在2030年左右開始進入快速發展階段。2 ℃溫升情景下，2030年全球BECCS發展潛力為0~6.51 EJ/a，到2050年達到34.10～69.51 EJ/a，其中OECD是BECCS發展潛力最大的地區，2050年其BECCS發展潛力為10.46～19.52 EJ/a。1.5 ℃溫升情景下，各區域的發展潛力和發展速度也進一步擴大，2030年全球BECCS發展潛力為0～7.36 EJ/a，到2050年，全球BECCS發展潛力將達到37.46～128.50 EJ/a（見圖8）。 禸嫆@唻洎：狆國湠棑倣茭昜蛧 τāńｐāīｆāńɡ.ｃōｍ
從轉化為二次能源的BECCS技術路線來看，主要包括生物質發電、生物質制氫以及生物質液體燃料結合CCS。其中生物質發電和生物質液體燃料結合CCS占比較大，而生物質制氫的占比較小，但是當提高溫升目標到1.5 ℃時，生物質制氫的增加量相對較大。全球溫升1.5 ℃情景下，2100年全球生物質制氫結合CCS的平均利用量為22.85 EJ/a，相對于2 ℃情景增加了8.51 EJ/a，作為對比，2100年全球溫升1.5 ℃情景下生物質發電結合CCS的平均利用量相對于2 ℃情景僅增加3.80 EJ/a（見圖9）。
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圖7 SSP數據庫中2 ℃/1.5 ℃溫升情景下世界主要區域的BECCS發展潛力
Fig.7 Regional BECCS development potential under global warming of 2 ℃/1.5 ℃ in SSP scenario database 本`文@內/容/來/自:中-國^碳-排-放^*交*易^網-tan pai fang. com
圖8 CD-LINKS數據庫中2 ℃/1.5 ℃溫升情景下世界主要區域的BECCS發展潛力
Fig.8 Regional BECCS development potential under global warming of 2 ℃/1.5 ℃ in CD-LINKS scenario database 本文@內/容/來/自:中-國-碳^排-放-交易&*網-tan pai fang . com
圖9 SSP數據庫中世界主要區域在全球溫升2 ℃/1.5 ℃情景下的BECCS技術路線
Fig.9 Regional BECCS technology options under global warming of 2 ℃/1.5 ℃ in SSP scenario database
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圖10 SSP數據庫中BECCS占生物質能利用量的比例
Fig.10 BECCS share in bioenergy of SSP scenario database 夲呅內傛萊源亍：ф啯碳*排*放^鮫*易-網 τā ńｐāīｆāńɡ.ｃōｍ
由于BECCS僅考慮了生物質能利用中適于結合CCS的技術路徑，因而一般其利用量會低于生物質能的利用量。全球溫升2 ℃情景下，生物質能中BECCS的比重在2030年開始快速增加，各區域從2030年占比2.7%～24.55%，到2050年增加到26.96%～55.33%。從2070年開始各區域的BECCS占生物質能的比重穩定在60%～80%（見圖10）。不同區域的BECCS在該區域總生物質能利用量中的占比也有差別，2020—2100年的大部分時間里OECD是占比最大的區域，而MAF是占比最小的區域。全球溫升1.5 ℃情景下，BECCS在生物質能中的比重也在2030年開始迅速增加。與2 ℃溫升相比，1.5 ℃情景下BECCS在生物質能中的比重更早趨于穩定，并且比重更高。全球溫升1.5 ℃情景下，2050年各區域BECCS的比重就達到51.74%～79.15%，并且進一步增加。到2100年，BECCS在生物質能利用中的比重最高的OECD區域將達到84.52%，即使比重最低的ASIA區域也達到70.01%。 內-容-來-自；中_國_碳_0排放￥交-易=網 t an pa i fa ng . c om
綜合各區域的生物質能和BECCS技術的發展潛力來看，OECD區域當前的生物質能利用量、生物質能發展和BECCS的發展都具有較大的潛力。根據歐盟委員會在《歐洲綠色新政》中的目標，歐盟將會在2050年實現凈零排放，為此，歐盟計劃2030年溫室氣體排放目標將比1990年的水平減少50%，力爭達到55%[15]。ASIA區域的生物質種類主要以生物質固體資源為主，并且能源的轉化主要集中在生物質發電領域，因此生物質固體燃料結合CCS是ASIA區域的主要發展方向，例如Ricci在2013年的研究[16]表明就電力部門而言，BECCS將會在中國和印度等發展中國家快速發展。當前ASIA區域的生物質液體燃料利用量較小，按照未來溫升2 ℃和1.5 ℃情景下的生物質液體燃料的發展潛力來看，生物質液體燃料結合CCS具有較大的發展空間。MAF區域的生物質能利用主要集中在生物質固體燃料，未來在生物質發電和生物質液體燃料結合CCS上會有較大的發展。LAM和REF區域目前的生物質能利用水平相對較低，全球溫升2 ℃和1.5 ℃情景下需要逐步發展生物質發電、生物質制氫和生物質液體燃料結合CCS。 內/容/來/自:中-國-碳-排-放*交…易-網-tan pai fang . com
從生物質能技術的原料構成來看（見圖11），農業剩余物、林業剩余物和能源植物是主要的生物質資源。
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圖11 2050年全球生物質能技術潛力[5, 18, 20]
能源植物在未來的生物質能利用中可能具有較大的比例，但是能源植物的不確定范圍也最大。IPCC在《可再生能源與氣候變化》特別報告中提出2050年全球生物質資源技術潛力為50～1000 EJ/a，其中剩余農業用地上的能源植物潛力為0～700 EJ/a，邊際土地上的能源植物潛力為0～110 EJ/a[5]。Haberl等在2015年認為2050年全球生物質能技術潛力在327～539 EJ/a之間，而能源植物達到89～179 EJ/a[17]。Rogner等在2012年的研究表明2050年生物質能技術潛力將達到162～267 EJ/a，其中能源植物將達到44～133 EJ/a[18]。IPCC在《全球升溫1.5 ℃》特別報告中提出在沒有或有限超過1.5 ℃的路徑中，2050年能源植物的種植面積為20萬～280萬km2，而在更高超過1.5 ℃的路徑中，2050年能源植物的種植面積將達到720萬km2。根據不同文獻的評估結果，全球生物質資源潛力中能源植物的占比將達到0%～81%（見圖11）。 本`文內.容.來.自：中`國`碳`排*放*交*易^網 t a npai fan g.com
農業剩余物和林業剩余物是目前大量利用的主要生物質資源，與能源植物相比其資源潛力的不確定范圍較小，例如Rogner等在2012年認為2050年全球農業剩余物技術潛力為49 EJ/a，林業剩余物為19～35 EJ/a[18]。Haberl等在2015年綜合眾多的研究成果表明2050年全球農業剩余物技術潛力為101 EJ，林業剩余物為37～71 EJ/a。EMF-33（EMF-33，即第33次斯坦福能源模型論壇，共11個IAMs參加了此次論壇）項目對于大規模部署生物質能以實現長期氣候目標的可行性也進行了詳細的研究。其中，關于農林剩余物作為原料的生物質能利用規模，基于參與EMF-33項目的8個IAMs模型的研究表明[19]，在低生物質能需求情景下農林剩余物提供了大部分的生物質能供應，在高生物質能需求或較高的生物質原料價格時，農林剩余物的供應將會增加。在高生物質能需求情景下，農林剩余物將在2050年和2100年分別提供7%～50%和2%～30%的生物質能需求。同時考慮文獻評估的農林剩余物資源潛力時，2050年農林剩余物的能源供應將達到55 EJ/a。
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考慮到生物質能可利用條件的限制，IPCC于2011年預計到2050年全球可用于能源化利用的生物質潛在推廣利用水平為100～300 EJ/a[5] 。
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各區域的生物質能潛力也有較大差別。Haberl 等在2010年評估了世界主要區域的生物質能技術潛力（見圖12），其研究結果表明2050年OECD區域的生物質資源技術潛力達到了59 EJ/a，其中林業剩余物和能源植物占比最大，分別為23 EJ/a和17 EJ/a。ASIA地區的總生物質能技術潛力為59 EJ/a，其中農業剩余物占比最大，達到23 EJ/a。REF、MAF和LAM區域的生物質能技術潛力也分別達到19 EJ/a、33 EJ/a和45 EJ/a[20]。各區域的生物質能潛力的不確定范圍也較大，主要以能源植物和林業剩余物的不確定為主，其中以OECD的不確定范圍最大，其生物質能技術潛力為41～77 EJ/a，REF區域的不確定范圍最小，其生物質能技術潛力為12～23 EJ/a[20]。 內/容/來/自:中-國/碳-排*放^交%易#網-tan p a i fang . com
圖12 2050年全球各區域生物質能技術潛力（根據Haberl 等在2010年的分析整理）[20-24]
Fig.12 Global and regional technical bioenergy potential in 2050 (adapted from Haberl et al.,2010)
BECCS的減排量不僅和生物質能潛力相關，同時還可能受制于全球碳封存潛力。考慮到不同地區的地質構造差異、巖層的滲透率要求，全球碳封存潛力在空間上差異較大。根據GCCSI在2016年對全球29個國家的碳封存潛力的研究[25]，全球碳封存潛力為7374～27 522 Gt CO2，其中ASIA地區的碳封存潛力為1 852.4～1949 Gt CO2，LAM地區為2130 Gt CO2，MAF地區為194.3～465.6 Gt CO2，REF地區僅評估了俄羅斯的碳封存潛力，達到6.8 Gt CO2，OECD地區是碳封存潛力最大的地區，達到3190～22 971 Gt CO2，其中美國的碳封存潛力最大，碳封存潛力在2367～21 200 Gt CO2之間。Benson等在2012年評估的全球碳封存潛力為5052～24 471 Gt CO2[26]，其中咸水層的碳封存潛力最大，為3963～23 171 Gt CO2，此外，枯竭油氣田和煤層的碳封存潛力分別為996～1150 Gt CO2和93～150 Gt CO2。McCollum等在2014年認為全球碳封存潛力為1680～24 000 Gt CO2[27]。綜合以上研究可以看出，全球碳封存潛力范圍在1680~27 522 Gt CO2，是否可以支撐全球BECCS的發展，具有不確定性。 夲呅內傛萊源亍：ф啯碳*排*放^鮫*易-網 τā ńｐāīｆāńɡ.ｃōｍ
大規模部署BECCS還面臨土地利用變化、水資源緊張和糧食安全等問題[4, 28]。Fajardy等在2017年的研究表明BECCS的大規模部署將需要大量的土地、淡水和營養物[29]。Smith等在2015年對負排放技術發展的生物物理和經濟條件的限制進行了評估[30]，在全球溫升2 ℃路徑下，發展BECCS需要的土地面積為 380萬～700萬km2，是2000年全球農業用地的7%～25%，以及可耕地和永久性作物面積的25%～46%，同時 需要額外使用約全球3%的淡水資源。BECCS的發展很可能會對淡水、土地和生物圈造成嚴重影響[31]，這也引起了BECCS對減緩氣候變化作用的爭議[32-33]。但是，如果生物質能、CCS和BECCS的發展受到限制，許多模型的結果表明很難將溫升幅度控制在2 ℃范圍內[34]。平衡BECCS的發展與土地利用、淡水資源、糧食安全和生態環境安全將是世界主要區域BECCS規模化發展中需要面臨的挑戰。 本+文+內/容/來/自:中-國-碳-排-放（交—易^網-tan pai fang . com
目前生物質發電、生物質液體燃料和沼氣是生物質能利用的主要方式。其中生物質發電和生物質液體燃料由于容易與CCS相結合，是未來生物質能利用的主要方式。當前生物乙醇和生物柴油等生物質液體燃料主要作為交通運輸燃料應用于交通部門來減少CO2排放和空氣污染，但是電動汽車的快速發展，預計未來可能會逐步替代汽油車，從而導致交通運輸部門對生物質液體燃料的需求減少。2019年IRENA預計到2050年電動汽車將會達到10億輛，同時2050年電力能源在交通部門的終端能源消費中的比重將達到43%[35]。2019年IRENA同時也調查分析了目前生物質液體燃料發展面臨的主要障礙[36]，其中道路運輸的日益電氣化將使得交通部門的低碳化發展不僅依靠生物質液體燃料的應用，未來生物質液體燃料的應用將朝著多種用途的方向發展。因此相對于生物質發電，生物質液體燃料的發展潛力將存在更大的不確定性。
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本研究基于全球情景研究結果，結合全球各區域生物質資源利用現狀、生物質能潛力與碳封存潛力，評估分析了全球溫升2 ℃和1.5 ℃情景下主要區域的BECCS發展潛力。各區域BECCS從2030年到2050年開始快速發展。全球溫升2 ℃情景下，主要以生物質發電和生物質液體燃料結合CCS為主，而生物質制氫結合CCS的發展潛力較小，但是在溫升1.5 ℃情景下，生物質制氫結合CCS相對于2 ℃溫升情景的增加量較大。分區域來看，OECD和ASIA區域是BECCS發展潛力最大的兩個區域，其次是MAF和LAM區域，而REF區域的BECCS發展潛力最小。BECCS在生物質能利用的比重上，OECD區域是比重最大的地區，而MAF區域是比重最小的地區。到本世紀末，全球溫升2 ℃和1.5 ℃情景下各區域的BECCS在生物質能利用中的比重都超過了50%。 夲呅內傛萊源亍：ф啯碳*排*放^鮫*易-網 τā ńｐāīｆāńɡ.ｃōｍ
當前BECCS的發展還存在爭議，各區域的生物質資源潛力以及對BECCS的需求也不盡相同。BECCS的發展在實現全球溫升2 ℃和1.5 ℃以及各區域實現凈零排放路徑中具有重要作用。如何協調各區域的BECCS發展，以及平衡BECCS的發展過程中對土地、淡水、糧食和生態環境的影響是全球各區域應對氣候變化，實現全球溫升2 ℃/1.5 ℃路徑中面臨的巨大挑戰。
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