碳捕獲和儲存 (CCS) 是指可以通過減少二氧化碳 (CO 2 )排放來應對氣候變化的一系列技術。CCS 背后的理念是在化石燃料燃燒產生的 CO 2釋放到大氣中之前將其捕獲。那么問題是：如何處理捕獲的 CO 2？大多數當前的 CCS 策略要求將 CO 2注入地下深處。這形成了一個“閉環”，其中碳作為化石燃料從地球中提取出來，然后以 CO 2的形式返回地球。

CCS 如何運作？

如今，CCS 項目每年儲存近 4500 萬噸 CO 2 ，這大約是1000 萬輛乘用車產生的CO 2排放量。捕獲通常發生在大型固定 CO 2來源，例如發電廠或生產水泥、鋼鐵和化學品的工廠。大多數當前的碳捕獲項目使用液體在 CO 2離開煙囪之前通過化學方法去除它，但是幾種新型的捕獲過程正在開發中。

然后將捕獲的 CO 2氣體壓縮，使其變成液體狀并通常通過管道輸送到儲存地點。船舶運輸比使用管道運輸更昂貴，但歐洲和日本都在考慮。一旦到達封存地點，CO 2就會被泵入井下 2,500 多英尺的地質構造中，例如用完的石油和天然氣儲層，以及含有無法使用的咸水的構造。

使用二氧化碳

CCS 有時也稱為 CCUS，其中“U”代表利用率。提高石油采收率 (EOR) 是當今 CO 2的主要用途。EOR 是指將 CO 2注入活躍的油層以采收更多的油。CO 2的其他可能用途包括制造化學品或燃料，但它們需要大量無碳能源，因此成本太高，在今天缺乏競爭力。對于 CCS 的大規模實施，利用率預計將使用不到捕獲的 CO 2的 10% 。

利用率

我們向大氣排放了如此多的 CO 2 ，以至于如果碳捕獲要在應對氣候變化的斗爭中發揮任何重要作用，我們將不得不將大部分捕獲的 CO 2儲存在地下。但是“利用”——將 CO 2作為有價值的產品出售——可以幫助創造碳捕獲市場，并使公司更便宜地投資于捕獲其 CO 2排放。

今天CO 2的主要用途是提高石油采收率：將 CO 2泵入油井以幫助沖洗掉難以提取的石油。純CO 2也用于溫室中種植植物。今天用于這些目的的大多數 CO 2是從地球中提取的，但捕獲的 CO 2也同樣有效。

CO 2也可以制成有用的產品。公司和實驗室正致力于將 CO 2轉化為塑料、水泥和混凝土等建筑材料、燃料、碳纖維和石墨烯等未來材料，甚至是小蘇打、漂白劑、防凍劑、墨水和油漆等家用產品。其中一些產品已經在銷售，但沒有大量銷售。

或者我們可以使用 CO 2來培養藻類或細菌。這可以成為制造生物燃料、肥料或動物飼料的基礎。

 

 

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最近也有相當大的興趣使用 CCS 技術從大氣中去除 CO 2 。一種選擇是采用 CCS 的生物能源(BECCS)，其中生物質（如木材或草）通過光合作用從空氣中去除 CO 2 。然后收獲生物質并在發電廠中燃燒以產生能量，同時捕獲并儲存CO 2 。這會產生所謂的“負排放”，因為它從大氣中吸收 CO 2并將其儲存起來。另一個負排放選項稱為直接空氣捕獲 (DAC)，其中使用化學過程從空氣中去除CO 2 。然而，CO 2的濃度空氣中的碳含量比發電廠或工業廠房煙囪中的碳含量低約 300 倍，因此捕獲效率要低得多。因此，如今 DAC 相當昂貴。

圖片

捕獲的 CO 2有一些商業市場，例如碳酸飲料或使用管道輸送的 CO 2來種植植物的溫室。還有其他更具推測性的建議來轉化 CO 2轉化為塑料和燃料等有價值的產品。但是“利用非常具有挑戰性，”麻省理工學院能源計劃高級研究工程師 Howard Herzog 說，他從事碳捕獲工作已有 30 多年。

 

根據 Herzog 的說法，一個問題是“CO 2的市場通常比我們排放的CO 2量小得多。” 溫室和汽水公司只需要這么多的 CO 2，如果碳捕集增長到足以對氣候變化產生嚴重影響，它將很快超過這些市場。

出售捕獲的 CO 2也可能很困難，因為這些市場可以從其他通常更便宜的來源獲取碳。例如，泵入溫室的 CO 2通常來自天然氣等燃燒燃料，而高純度 CO 2可來自化肥廠的氨生產，在正常操作中捕獲，不需要特殊處理碳捕集技術。

另一個問題是，CO 2的許多潛在用途首先破壞了捕獲它的氣候效益。“如果您出于氣候原因捕獲 CO 2并將其放入汽水中，當人們喝下汽水時，它會回到大氣中，”Herzog 解釋道。“所以你在減少碳排放方面沒有做任何事情。” 同時，將捕獲的碳轉化為塑料或燃料需要大量能源，而其中大部分能源并不清潔。“在我們有足夠的低碳能源來做到這一點之前，這是沒有意義的。”

 

如果出于氣候原因商業市場無法吸收我們想要捕獲的所有碳，那么所有捕獲的過量 CO 2會發生什么？幸運的是，即使自由市場不這樣做，政府也可以介入以提高碳捕獲的利潤。赫爾佐格解釋說，由于稱為 45Q 的聯邦稅收抵免，在美國捕獲碳的公司可能通過將其儲存在地下而不是出售它來獲得更好的經濟效益。美國國內稅收法典第 45Q 條款為捕獲和儲存的每公噸 CO 2提供稅收抵免。45Q 條款于 2008 年首次引入，在 2022 年 8 月通過了《降低通貨膨脹法》后，為捕獲的 CO 2支付的金額有所增加。 您獲得多少報酬取決于您對捕獲的 CO 2的處理方式，赫爾佐格解釋道。它既可以注入并儲存在地下地質構造中，也可以用于提高石油采收率 (EOR)，將其泵入石油儲備以榨取更多石油。“如果將其放入地質構造中，每噸可獲得 85 美元；如果將其用于提高石油采收率，則每噸可獲得 60 美元。” 直接從大氣中提取的CO 2也有特價——這個過程比從煙囪中捕獲碳要昂貴得多。對于通過“直接空氣捕獲”捕獲的 CO 2， 45Q 條款為地下儲存的每噸支付 180 美元，用于 EOR 時支付 130 美元。

 45Q 條款不僅僅是為捕獲和儲存的每噸碳定價；它以其他方式推動了碳捕集行業。去年通過的《降低通貨膨脹法》使新的碳捕集設施更容易獲得 45Q 稅收抵免的資格，例如，將延期至 2033 年，屆時新設施需要開始建設才有資格。

Herzog 說，將捕獲的碳出售給商業市場的格局在未來可能會發生變化，但不會在不久的將來發生。與因氣候原因需要捕獲的CO 2相比，我們可以使用的CO 2量簡直是小巫見大巫。在 Herzog 看來，“如果我們要在每年 10 億噸的水平上做到這一點，其中大部分將不得不進入地下。”