全球高溫、糧食危機(jī)下,讓二氧化碳變糧食?這件事中國(guó)人正在做
二氧化碳,既是產(chǎn)生溫室效應(yīng)的氣候殺手。又是人類“火星移民計(jì)劃”的一部分——
NASA曾在2018年發(fā)起“百年挑戰(zhàn)計(jì)劃”,希望利用火星上充足的二氧化碳,合成葡萄糖之類的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),讓未來(lái)人類在火星上有能量攝入。
這種聽(tīng)起來(lái)遙不可及的事兒,中國(guó)人搶先一步做到了。
2021年,中科院實(shí)現(xiàn)二氧化碳合成淀粉——這是人類第一次實(shí)現(xiàn)二氧化碳到淀粉的從頭合成,“讓淀粉生產(chǎn)從傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)種植模式向工業(yè)車間生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)變成為可能”。
按照能源業(yè)內(nèi)人士,遠(yuǎn)景科技集團(tuán)CEO張雷的說(shuō)法,這項(xiàng)技術(shù)在未來(lái)成熟后,“連內(nèi)蒙古的戈壁灘也能成為中國(guó)新的產(chǎn)糧中心。”
按照網(wǎng)民的說(shuō)法,“喝西北風(fēng)填飽肚子”將不再是一句玩笑。網(wǎng)友將此技術(shù)形象稱呼為“修仙”。
圖源:德云斗笑社
“碳轉(zhuǎn)粉”技術(shù)在如今全球高溫造成糧食危機(jī)的情況下更有特殊意義:既能車間造糧,又能消滅導(dǎo)致全球升溫的二氧化碳。
今年5月,中國(guó)發(fā)改委就在“十四五”規(guī)劃中將二氧化碳合成淀粉技術(shù)向產(chǎn)業(yè)化推進(jìn)。
當(dāng)然,光靠“修仙”技術(shù),地球人是吃不完二氧化碳的。目前全球主流消化碳的方式,是石油開(kāi)采和地質(zhì)封存。
我們今天本文的主角要出現(xiàn)了——
集合碳捕集、封存的技術(shù),被稱為CCS(Carbon Capture and Storage);
如果加上“碳轉(zhuǎn)粉”之類的應(yīng)用環(huán)節(jié),就成了CCUS(Carbon Capture,Utilizationand Storage)碳捕集、利用與封存。
時(shí)髦環(huán)保心系未來(lái)的地球人都在討論CCUS。比如IPCC(政府間氣候變化專門委員會(huì))在一場(chǎng)會(huì)議中曾特別指出:
如果沒(méi)有CCUS技術(shù),幾乎所有氣候模式都不能實(shí)現(xiàn)《巴黎協(xié)定》的目標(biāo)——將全球氣溫增幅控制在2℃。
更何況,人類目前也根本無(wú)法放棄使用化石能源。
比如今年夏天,俄烏沖突、北溪1號(hào)管道檢修導(dǎo)致的天然氣短缺,讓歐洲電網(wǎng)崩潰:倫敦電價(jià)一度飆升5000%;以核為貴的法國(guó)也抗不住,電價(jià)創(chuàng)下歷史新高。
一般來(lái)說(shuō),缺電時(shí)“有煤燒煤、有氣燒氣、有錢就燒油”——這叫做電力調(diào)峰。但歐洲占比接近40%的可再生能源電力,由于風(fēng)、光資源不受控制,反而缺乏調(diào)峰的能力。
奧地利、德國(guó)先后重啟煤電,許多歐洲國(guó)家也開(kāi)始在非洲、澳洲、東南亞搶購(gòu)煤炭。
對(duì)于堅(jiān)定邁向“3060”雙碳目標(biāo)的中國(guó)來(lái)說(shuō):CCUS也既是減排的關(guān)鍵技術(shù),又能促進(jìn)化石能源的高效利用。發(fā)展好CCUS,同樣事關(guān)國(guó)運(yùn)。
這么一看CCUS:上能火星移民,下能填飽肚皮;進(jìn)可減排控碳,退可石油增產(chǎn)——好處怎么吹都不為過(guò)。
但立方知造局聊的一堆業(yè)內(nèi)人士都白眼一翻:“CCUS,目前就是個(gè)驢屎蛋。”
接下來(lái)你將看到:
1. CCUS的萬(wàn)億賽道,都有哪些公司在跑?
2. 中國(guó)CCUS重點(diǎn)項(xiàng)目有哪些?哪些點(diǎn)讓它慘遭業(yè)內(nèi)人士“嫌棄”?
1. 大廠和巨頭,都在投
2021年《財(cái)富》雜志評(píng)選“改變世界的53家公司”中,名列第二的是中國(guó)能源公司遠(yuǎn)景科技,在其碳中和行動(dòng)報(bào)告中,將風(fēng)電、儲(chǔ)能稱為“新煤炭”,鋰電池、氫能稱為“新石油”。
風(fēng)光鋰氫儲(chǔ),正是中國(guó)政府重金領(lǐng)投、企業(yè)窮追猛打的幾條萬(wàn)億賽道——這種對(duì)于新能源賽道的超高熱情,很大一部分來(lái)自于我們?cè)趥鹘y(tǒng)化石能源上“實(shí)在窮怕了”。
一個(gè)形象的比喻是:如果沙特的油田是一塊完整的盤子,那么中國(guó)油田就是把盤子扔在地上摔個(gè)粉碎,再東踢一腳西踢一腳,然后直接踩進(jìn)石頭縫里。
中國(guó)“貧油”貧在難以勘測(cè)和開(kāi)采。好不容易找到一塊油田,采完淺層的油后,剩下都在巖石縫里。
這時(shí)二氧化碳就派上了用場(chǎng)——CO2-EOR(二氧化碳強(qiáng)化采油)是現(xiàn)在最常見(jiàn)的提高石油采收率的方式之一。根據(jù)中國(guó)勝利油田、大慶油田、吉林油田等地的試驗(yàn),一般情況下能提升10%~15%的產(chǎn)量。
消化二氧化碳的主流方式是石油開(kāi)采與地質(zhì)封存,它們通常指的是一回事。
比如加拿大的Weyburn是世界上最大、也最成功的CCUS-強(qiáng)化采油項(xiàng)目,至今累計(jì)增采石油2100萬(wàn)噸,封存二氧化碳3000萬(wàn)噸。
“石油+美元”建立霸權(quán)的美國(guó)對(duì)這項(xiàng)技術(shù)尤其熱衷,全球150個(gè)類似項(xiàng)目中獨(dú)占136個(gè),占到全球二氧化碳驅(qū)油總量的90%以上——美國(guó)能在2019年從石油凈進(jìn)口國(guó)變成凈出口國(guó),與二氧化碳密不可分。
煤電廠碳捕集項(xiàng)目 圖源:NRG官網(wǎng)
當(dāng)一個(gè)國(guó)家拉動(dòng)一條新能源賽道時(shí),往往要經(jīng)歷三個(gè)階段:
一是市場(chǎng)創(chuàng)造,二是技術(shù)示范,三是規(guī)模應(yīng)用。
在第一階段,首先要找到創(chuàng)造出市場(chǎng)后的最先受益人,以他們的投資熱情為基礎(chǔ)進(jìn)一步做大蛋糕——比如中國(guó)在發(fā)展鋰電時(shí),最早扶持的對(duì)象就是鋰電池公司。
CCUS也是一樣,在產(chǎn)業(yè)鏈的多個(gè)環(huán)節(jié)——碳的捕集、運(yùn)輸、應(yīng)用和封存中:捕碳是上游,用和封是下游。而最先受益人,就是能用碳驅(qū)油的油氣公司。
中石油和中石化從2006年的中原油田CO2-EOR——中國(guó)第一個(gè)CCUS項(xiàng)目開(kāi)始,在十多年里一直是項(xiàng)目建設(shè)的主力軍;同時(shí)布局產(chǎn)業(yè)鏈上游的捕碳技術(shù),與相關(guān)公司進(jìn)行投資、合作。
立方知造局梳理了CCUS項(xiàng)目鏈條——
制圖:立方知造局
越來(lái)越多的CCUS“局外人”也加入進(jìn)來(lái)——比如互聯(lián)網(wǎng)和科技企業(yè)。
這一方面是因?yàn)橹袊?guó)雙碳步伐日漸加速,互聯(lián)網(wǎng)和科技企業(yè)同樣承壓;另一方面,新能源打破了“有礦才有競(jìng)爭(zhēng)力”的高壁壘,讓本和能源沾不上邊的互聯(lián)網(wǎng)大廠得以投身愛(ài)而不得的能源行業(yè)。
在各家互聯(lián)網(wǎng)大廠的“碳中和行動(dòng)報(bào)告”中,能夠看出他們實(shí)現(xiàn)碳中和的兩種主要方式:
方式一:利用管控手段、可再生能源,以及相關(guān)的脫碳技術(shù)投資,讓自身運(yùn)營(yíng)和供應(yīng)鏈實(shí)現(xiàn)脫碳;
比如在運(yùn)營(yíng)層面,阿里將自有的短途燃油車替換成新能源車,以及在菜鳥(niǎo)物流園鋪設(shè)光伏電站等手段,爭(zhēng)取在2030年前實(shí)現(xiàn)自身運(yùn)營(yíng)的碳中和;
方式二:通過(guò)為用戶提供低碳產(chǎn)品或脫碳服務(wù),為自己的碳中和事業(yè)間接加分,這里的用戶可以是個(gè)人用戶,也包括政府和企業(yè)用戶。
比如脫碳服務(wù)上,百度利用AI技術(shù)優(yōu)勢(shì),為城市提供碳排放監(jiān)測(cè)、提高能源使用效率,以及重點(diǎn)行業(yè)的減碳解決方案等服務(wù)。
其他各家大廠或有類似動(dòng)作,或通過(guò)其他手段實(shí)現(xiàn),但總得來(lái)說(shuō)脫不開(kāi)這兩種方式的藩籬。
為了節(jié)能環(huán)保,亞馬遜將數(shù)據(jù)中心建在寧夏中衛(wèi) 圖源:寧夏信建辦
CCUS技術(shù)妙就妙在能居中連接:大廠通過(guò)對(duì)碳捕集、碳應(yīng)用的投資或研發(fā),一方面可以實(shí)現(xiàn)自身減排;另一方面可以將之作為脫碳服務(wù)提供給需要的企業(yè)。
目前,已在CCUS上有所動(dòng)作的大廠有:騰訊、華為、阿里。
騰訊:研發(fā)優(yōu)先,等待技術(shù)成熟
2021年“綠色科技與碳中和論壇”,騰訊梳理出解決氣候變化的三條潛在技術(shù)路線:
電氣化、氫能經(jīng)濟(jì)、CCUS。
騰訊由于自身供應(yīng)鏈復(fù)雜,預(yù)計(jì)到2030年仍會(huì)有無(wú)法減少的碳排放將會(huì)以“中和”的方式抵消。為此騰訊首期投入500億成立可持續(xù)社會(huì)價(jià)值事業(yè)部,并設(shè)立碳中和實(shí)驗(yàn)室,支持新興的減碳技術(shù)。
該部門副總裁許浩認(rèn)為:CCUS將成為應(yīng)對(duì)氣候變化最重要的技術(shù)之一,但目前因?yàn)榧夹g(shù)限制,產(chǎn)業(yè)化仍存在困難,但未來(lái)通過(guò)技術(shù)突破并降本后,前景依然可期。
華為:數(shù)字賦能,先行布局電力
在華為與德勤聯(lián)合發(fā)布的《全球能源轉(zhuǎn)型及零碳發(fā)展白皮書》中,將CCUS視為制造業(yè)減排升級(jí)、負(fù)碳技術(shù)開(kāi)發(fā)應(yīng)用的關(guān)鍵。
另一方面,白皮書中還提到:應(yīng)將數(shù)字技術(shù)應(yīng)用到包括CCUS在內(nèi)的零碳轉(zhuǎn)型活動(dòng)中——預(yù)計(jì)到2030年,全球15%的脫碳會(huì)由5G、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、云等數(shù)字技術(shù)實(shí)現(xiàn)。
因此華為首先布局的是:以極簡(jiǎn)的站點(diǎn)、機(jī)房和數(shù)據(jù)中心,搭配綠電實(shí)現(xiàn)“零碳網(wǎng)絡(luò)”。之后才會(huì)開(kāi)展數(shù)字能源業(yè)務(wù),為用戶提供方案。
阿里:搭建平臺(tái),提供減碳服務(wù)
今年3月,由阿里直接控股的“杭州眾碳”成立,經(jīng)營(yíng)范圍囊括CCUS的各個(gè)環(huán)節(jié)——碳減排、碳轉(zhuǎn)化、碳捕捉、碳封存技術(shù)研發(fā)。
立方知造局認(rèn)為,阿里選擇直接進(jìn)入CCUS賽道,還是為了將這一關(guān)鍵技術(shù)融入其“碳服務(wù)”中。2月,阿里發(fā)布的“阿里云能耗寶”是一款為企業(yè)提供計(jì)量、認(rèn)證、交易的平臺(tái),如果加入CCUS,阿里就可以將服務(wù)維度拓寬至技術(shù)支持,進(jìn)一步擴(kuò)大平臺(tái)生態(tài)。
以油氣公司為投資主體的CCUS項(xiàng)目,初步創(chuàng)造了中國(guó)CCUS市場(chǎng),但單個(gè)項(xiàng)目的碳捕集能力多為每年10萬(wàn)噸以下,如果加上計(jì)劃建設(shè)的項(xiàng)目,累計(jì)捕集量也只有約400萬(wàn)噸。
《中國(guó)CCUS年度報(bào)告2021》中提到:中國(guó)在2060年實(shí)現(xiàn)碳中和后,每年需要CCUS減排二氧化碳10~18.2億噸——這意味著在未來(lái)40年里,中國(guó)碳捕集體量得提高數(shù)百倍。
另一方面,CCUS大規(guī)模的商業(yè)化,也少不了互聯(lián)網(wǎng)科技公司以直接投入或憑影響力擴(kuò)圈的方式從旁輔助。
不過(guò)回報(bào)也同樣豐厚——根據(jù)《全球碳捕集與封存現(xiàn)狀2021》測(cè)算,到2050年:全球僅碳捕集裝機(jī)的投資就能超過(guò)上萬(wàn)億美元;而中國(guó)CCUS產(chǎn)值將達(dá)到3300億元人民幣。
那么問(wèn)題來(lái)了:CCUS看起來(lái)前景光明,引得大廠、巨頭紛紛入局,怎么在部分業(yè)內(nèi)人士眼中就是個(gè)驢屎蛋呢?
2. 成本虎口,效益黑洞
中國(guó)CCUS的發(fā)展有以下三個(gè)特點(diǎn):
一是“任務(wù)重”,正如前文提到:碳捕集量在未來(lái)40年得提高數(shù)百倍,才能滿足碳中和的指標(biāo);
二是“時(shí)間緊”,中國(guó)的碳中和時(shí)限定在2060年,但留給CCUS的時(shí)間并沒(méi)有那么長(zhǎng)——2030年碳達(dá)峰后,碳排就要呈現(xiàn)逐年下降的趨勢(shì),在這個(gè)線性加速的過(guò)程里,CCUS的發(fā)展窗口期只在未來(lái)的8~10年;
三是“規(guī)模大”,時(shí)間緊任務(wù)重的形勢(shì)下,能夠快速拔高二氧化碳捕集量的,只有“百萬(wàn)噸級(jí)”起步的示范項(xiàng)目。這也將成為CCUS的主要發(fā)展方式和重點(diǎn)投資方向。
今年1月29日,中國(guó)首個(gè)百萬(wàn)噸CCUS示范項(xiàng)目“齊魯石化-勝利油田”正式投運(yùn),標(biāo)志著國(guó)內(nèi)CCUS產(chǎn)業(yè)開(kāi)始進(jìn)入技術(shù)示范中后段——成熟的商業(yè)化運(yùn)營(yíng)。在此之后,中國(guó)又有5個(gè)百萬(wàn)噸工程立項(xiàng)。
齊魯石化-勝利油田CCUS項(xiàng)目 圖源:中石化官網(wǎng)
每年封存1百萬(wàn)噸二氧化碳,就相當(dāng)于植樹(shù)900萬(wàn)棵、近60萬(wàn)輛經(jīng)濟(jì)型轎車停開(kāi)一年,減排效益十分顯著——但要想達(dá)到這一目標(biāo),還需要兩個(gè)條件:
首先是“碳”:獨(dú)立的百萬(wàn)噸項(xiàng)目,必須有量大穩(wěn)定的碳來(lái)源,這就對(duì)上游安裝碳捕集裝置的設(shè)施提出要求;
其次是錢:一個(gè)項(xiàng)目動(dòng)輒成千萬(wàn)上億的成本投資,此外還有捕集、運(yùn)輸、應(yīng)用封存各環(huán)節(jié)的日常運(yùn)營(yíng)費(fèi)用,而根據(jù)齊魯石化預(yù)測(cè),三個(gè)環(huán)節(jié)的總成本要到2060年才有可能全面降至百元線下,到那時(shí),CCUS才會(huì)成為“平價(jià)技術(shù)”。
雙重制約下,這注定是一個(gè)只有能源巨頭才有資格投入的領(lǐng)域。
但中小型的碳排設(shè)施也仍是“碳中和”不可忽視的關(guān)鍵因素。
以煤電為例:燃煤電廠占到中國(guó)碳排總量的一半,卻分布于各地一千多家煤電廠中,且占比最高的是2000兆瓦以下的中小型發(fā)電廠,集中度很低。
而中國(guó)其他高碳排行業(yè),如化工、鋼鐵和水泥,設(shè)施分布與煤電類似。
這些工業(yè)設(shè)施加起來(lái)有著巨大的碳排總量,但:
一則單個(gè)體量小,無(wú)法獨(dú)立支撐大型CCUS項(xiàng)目;
二則由于太過(guò)分散,無(wú)法整合為一個(gè)大型項(xiàng)目;
三則就算聯(lián)合起來(lái),也無(wú)法確保找到應(yīng)用封存地。
對(duì)于他們來(lái)說(shuō),CCUS的美好前景等于“驢屎蛋”。
而即使是能源巨頭牽頭,有著足夠資本和穩(wěn)定碳源的百萬(wàn)噸級(jí)CCUS項(xiàng)目,仍然會(huì)面臨諸多不確定因素。
拿“齊魯石化-勝利油田”項(xiàng)目來(lái)說(shuō),二氧化碳下游應(yīng)用方式就是驅(qū)油。然而具體能否盈利,還得看油價(jià)給不給力。
根據(jù)公開(kāi)數(shù)據(jù),該項(xiàng)目未來(lái)十五年可增產(chǎn)石油296.5萬(wàn)噸,按照當(dāng)前的油價(jià)來(lái)看的確是一個(gè)價(jià)值百億的好生意。但由于日常運(yùn)營(yíng)中,捕集、運(yùn)輸、封存環(huán)節(jié)的高成本,如果油價(jià)一跌,整個(gè)項(xiàng)目就可能中道崩殂。
類似的情況曾在美國(guó)出現(xiàn):曾經(jīng)全球最大、美日聯(lián)合投資超過(guò)10億美元的佩特拉諾瓦項(xiàng)目,由于2017~2020年的低位油價(jià),加上新冠疫情的一波沖擊,于2021年徹底停運(yùn)。
中國(guó)對(duì)此也給出應(yīng)對(duì)措施:在“齊魯石化-勝利油田”項(xiàng)目的碳捕集端,并沒(méi)有以國(guó)際主流的煤電廠作為碳來(lái)源,而是選擇為工業(yè)制氫提供脫碳處理。經(jīng)過(guò)脫碳+提純的工業(yè)氫氣純度可達(dá)到99.99%,年產(chǎn)量1000萬(wàn)m³,直接供給“魯氫經(jīng)濟(jì)帶”使用。
在油、氫兩頭下注,也為該項(xiàng)目的未來(lái)運(yùn)營(yíng)多加了一重保險(xiǎn)。
另一個(gè)無(wú)法避免的危機(jī)是——石油儲(chǔ)量。
在驅(qū)不出油、或者油田開(kāi)采完畢后,上游仍在持續(xù)產(chǎn)生的二氧化碳如果找不到能夠消化的應(yīng)用,只能直接進(jìn)行地質(zhì)封存。
對(duì)于加裝碳捕集的設(shè)施來(lái)說(shuō),地質(zhì)封存并不能直接帶來(lái)收益。而如“碳轉(zhuǎn)粉”之類的先進(jìn)技術(shù)仍需等待成熟;化工、鋼鐵行業(yè)二氧化碳的應(yīng)用倒是成熟,但用碳成本仍然是過(guò)不去的難關(guān)。
綜上看來(lái),CCUS目前的現(xiàn)狀是:
需要重金砸開(kāi)的賽道,卻在盈利模式和應(yīng)用領(lǐng)域上面臨諸多不確定因素;
規(guī)?;瘧?yīng)用受限,狹小市場(chǎng)也無(wú)法催促上游降本。
唯一的解決辦法,只有等待技術(shù)成熟和成本下降,在此之前,CCUS將繼續(xù)被“嫌棄”。
尾聲
CCUS的“驢屎蛋”危機(jī)還不止于此。
CCUS示范項(xiàng)目的建設(shè)算是如火如荼:截止2021年,全球又新增100多個(gè)CCUS設(shè)施;在中國(guó),由國(guó)際能源巨頭殼牌、??松梨谂c中海油、廣東省發(fā)改委合作的千萬(wàn)噸級(jí)CCUS項(xiàng)目預(yù)備投建。
同時(shí),美國(guó)靠稅收補(bǔ)貼、歐盟靠碳價(jià)倒逼,試圖拉動(dòng)CCUS的扶持政策也層出不窮。
但對(duì)于CCUS的質(zhì)疑并未因這些動(dòng)作而被消解——
新的問(wèn)題出現(xiàn)了:斥巨資進(jìn)行碳捕集改造真的有必要嗎?
如果繼續(xù)向上追溯CCUS產(chǎn)業(yè)鏈,會(huì)發(fā)現(xiàn):關(guān)鍵的碳捕集端,很可能是一條沒(méi)有源頭的河流——
無(wú)論大、中、小型碳排設(shè)施,從根源上進(jìn)行減碳最好的方式,莫過(guò)于投入或轉(zhuǎn)向新能源使用。
比如貢獻(xiàn)了全球碳排總量8%的水泥行業(yè),正在通過(guò)原料替代、光伏儲(chǔ)能、數(shù)字化手段應(yīng)對(duì)“雙碳”轉(zhuǎn)型——CCUS在其中只是一個(gè)備選項(xiàng)。
另一方面,無(wú)法避免的碳排放,也可以通過(guò)植樹(shù)造林等方式實(shí)現(xiàn)中和,畢竟“綠水青山就是金山銀山”才是環(huán)保的最終目的。
但我們不妨將目光放得更長(zhǎng)遠(yuǎn)些——想想星際移民和“飲風(fēng)修仙”,我們更愿意看到驢屎蛋也有明天。
編輯 | 唐曉園
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