仲 平 彭斯震 張九天 賈 莉
(中國21世紀(jì)議程管理中心,北京100038)
發(fā)達國家碳捕集、利用與封存技術(shù)及其啟示
仲 平 彭斯震 張九天 賈 莉
(中國21世紀(jì)議程管理中心,北京100038)
碳捕集、利用與封存(CCUS)被認(rèn)為是進行溫室氣體深度減排最重要的技術(shù)路徑之一。文章總結(jié)了當(dāng)前歐美等發(fā)達國家CCUS技術(shù)發(fā)展特點,包括加強國家層面技術(shù)政策的指導(dǎo)和宏觀協(xié)調(diào);加大政府投入以引導(dǎo)私有投資開展全流程CCUS項目示范;建立跨行業(yè)、跨領(lǐng)域的CCUS合作平臺,加速技術(shù)成果的轉(zhuǎn)化和知識、經(jīng)驗的共享;重視法律法規(guī)、管理制度和規(guī)范、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、公眾接受度等技術(shù)應(yīng)用“軟環(huán)境”的建設(shè)等。通過對比中國CCUS技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀,指出我國存在的主要不足,并提出應(yīng)加強國家層面的技術(shù)政策指導(dǎo)和宏觀協(xié)調(diào),推動建設(shè)行業(yè)間技術(shù)合作平臺,適時啟動全流程示范項目計劃,重視技術(shù)應(yīng)用軟環(huán)境建設(shè)和加強國際合作等有針對性的政策建議。
碳捕集與封存(CCS);碳捕集、利用與封存(CCUS);減緩;氣候變化;技術(shù)政策
在全球共同應(yīng)對氣候變化的背景下,碳捕集與封存(Carbon Capture and Storage,簡稱CCS)被看作一種重要的溫室氣體減排方案[1-2]。CCS技術(shù)受到廣泛關(guān)注,在未來的大規(guī)模應(yīng)用將基于兩個重要前提。一是氣候變化是真實的,其后果嚴(yán)峻[3-5];二是全球在未來較長時間內(nèi)還需依賴化石燃料作為主要的能源供給[6-8]。據(jù)此IEA預(yù)測,若實現(xiàn)2050年全球溫室氣體排放相比2005年減少50%,CCS將承擔(dān)約20%的減排任務(wù),到2020年需在全球建100個CCS項目,到2050年建成3 000個;而若不采用CCS,實現(xiàn)這一目標(biāo)的總成本將增加70%[2]。隨著氣候變化國際談判的逐步深入,世界各國將面臨更加嚴(yán)格的碳排放約束,可能形成全球性的CCS產(chǎn)業(yè),掌握CCS技術(shù)的發(fā)達國家將通過輸出技術(shù)在CCS產(chǎn)業(yè)中占據(jù)競爭優(yōu)勢。
作為一項具有戰(zhàn)略意義的新興溫室氣體控制技術(shù),CCS技術(shù)總體上尚處于研發(fā)和示范階段,目前仍存在許多制約其發(fā)展的突出問題[8-12],主要包括:能耗高、成本高、可持續(xù)發(fā)展效益不顯著、長期封存的安全性和可靠性存在一定風(fēng)險等。在目前的技術(shù)水平下,即使通過大規(guī)模應(yīng)用也無法從根本上解決上述問題,只能一方面加強技術(shù)研發(fā)和示范以提高技術(shù)本身的成熟度,同時通過建立CO2排放定價等機制,提高CCS技術(shù)的經(jīng)濟性。2010年底在墨西哥坎昆召開的聯(lián)合國氣候變化框架公約第十六次締約方會議(COP16/CMP6)上,通過了將CCS納入清潔發(fā)展機制(CDM)的初步?jīng)Q定(7/CMP.6 號決定)[13]。盡管決定規(guī)定了CCS活動在正式作為CDM項目開發(fā)前,仍需妥善解決包括選址標(biāo)準(zhǔn)、長期安全和風(fēng)險控制等一系列技術(shù)問題,但首次為CCS明確了CDM這一非常重要的融資渠道,有可能推動全球CCS技術(shù)進入加速發(fā)展的階段。
為掌握未來CCS技術(shù)優(yōu)勢,美國、歐盟、澳大利亞、加拿大、日本等發(fā)達國家都投入大量資金開展CCS的研發(fā)和示范活動,并制定相應(yīng)法規(guī)、政策積極推動CCS的發(fā)展,試圖盡早掌握該技術(shù),以實現(xiàn)在控制本國排放和全球CCS產(chǎn)業(yè)競爭中占得先機。國際金融危機爆發(fā)以來,美歐等發(fā)達國家不僅沒有削減、反而加強了對CCS研發(fā)和示范的支持,圍繞CCS的部署呈現(xiàn)出以下幾個特點:
(1)通過頒布CCS技術(shù)發(fā)展路線圖或相關(guān)戰(zhàn)略規(guī)劃,明確近、中、遠期技術(shù)方向和研發(fā)重點,設(shè)立跨部門的協(xié)調(diào)工作機制等措施加強國家層面技術(shù)政策的指導(dǎo)和宏觀協(xié)調(diào)。近年來,美國、歐盟、加拿大、英國、日本、澳大利亞等均制定和頒布了國家或區(qū)域?qū)用娴腃CS技術(shù)發(fā)展路線圖,在各自溫室氣體控制目標(biāo)下,一方面明確各國未來20-50年CCS技術(shù)發(fā)展方向、重點和關(guān)鍵環(huán)節(jié),引導(dǎo)各種渠道資源有效配置;另一方面從系統(tǒng)層面安排部署重大項目研發(fā)和示范計劃,確保資源的有效使用[14]。在設(shè)立跨部門協(xié)調(diào)機制方面,美國的動向值得關(guān)注。2010年2月,奧巴馬總統(tǒng)以備忘錄形式要求美國國務(wù)院、能源部、環(huán)保署、財政部、科技政策辦公室等14個聯(lián)邦部門或機構(gòu)建立CCS部際工作組,要求該部際工作組確保到2016年美國有至少10個CCS商業(yè)化示范項目運行,在10年內(nèi)使CCS在經(jīng)濟上可行[15]。特別工作組由能源部和環(huán)保署共同牽頭,將在聯(lián)邦層面制定一個全面協(xié)調(diào)的CCS商業(yè)化發(fā)展戰(zhàn)略。
(2)進一步加大政府投入,引導(dǎo)私有投資加速開展全流程CCS項目示范,將推動CCS技術(shù)商業(yè)化作為應(yīng)對金融危機、促進國內(nèi)經(jīng)濟復(fù)蘇的手段。為推動CCS技術(shù)的研發(fā)和示范,美國于2006年啟動了“未來發(fā)電計劃(FutureGen)”,歐盟2005年提出并于2007年正式啟動了“CCS旗艦計劃(Flagship Program)”,但因資金、技術(shù)和政策等各方面原因一直進展緩慢。金融危機爆發(fā)后,美、歐在其經(jīng)濟復(fù)蘇計劃中大打CCS牌,作為促進其經(jīng)濟復(fù)蘇和搶占低碳技術(shù)制高點的有效手段。2009年初通過的《美國復(fù)蘇與再投資法案》中有34億美元撥款與CCS相關(guān),其中18億美元直接用于支持包括“未來發(fā)電2.0計劃(FutureGen 2.0)”在內(nèi)的 CCS示范項目。2009年底,“歐洲能源復(fù)興計劃”批準(zhǔn)了首批6個全流程CCS示范項目,資助共計10億歐元,占到整個歐洲能源復(fù)興計劃資金總額的四分之一[16]。這些政府資金的投入,一方面將吸引大量的私人投資,刺激短期國內(nèi)經(jīng)濟的復(fù)蘇;另一方面將極大地推進CCS技術(shù)示范和商業(yè)化,在確立自身CCS技術(shù)領(lǐng)域領(lǐng)先和優(yōu)勢地位的同時,創(chuàng)造新的低碳經(jīng)濟增長點。
(3)通過建立跨行業(yè)、跨領(lǐng)域的CCS合作平臺,加速技術(shù)成果的轉(zhuǎn)化、加強知識與經(jīng)驗共享、推進CCS技術(shù)商業(yè)化應(yīng)用。CCS技術(shù)的發(fā)展需要原本屬于不同行業(yè)技術(shù)間的系統(tǒng)集成和優(yōu)化,并開展跨行業(yè)的全流程示范。為推動CCS技術(shù)的發(fā)展和商業(yè)化,歐盟、美國、澳大利亞、日本等均建立了跨行業(yè)、跨領(lǐng)域的合作平臺,在加速技術(shù)研發(fā)、開展工程示范、促進經(jīng)驗共享等方面取得了良好的效果。CCS合作平臺的形式多樣,比如美國建立了包括美國43個州、加拿大4個省共350多個組織的7個區(qū)域性碳封存合作倡議;日本則建立了由發(fā)電、石油、工程等行業(yè)共37家公司聯(lián)合成立的日本碳捕集與封存有限公司,作為推動CCS發(fā)展的執(zhí)行實體。
比較有代表性的是歐盟“零排放合作平臺”,該平臺于2005年由歐盟委員會與幾十家歐洲能源企業(yè)、非政府組織、研究機構(gòu)、學(xué)界和金融機構(gòu)共同建立,旨在推動歐盟范圍內(nèi)CCS的大規(guī)模實施,確保在2015年前啟動10-12個全流程的CCS示范項目[17]。零排放合作平臺成立了指導(dǎo)委員會,建立了技術(shù)研發(fā)、項目示范、政策法規(guī)、公眾宣傳四個工作組,從政策咨詢和建議、技術(shù)研發(fā)與工程示范、經(jīng)驗共享、CCS法律規(guī)范體系建設(shè)、公眾宣傳等方面開展工作,已成為歐盟推動CCS技術(shù)研發(fā)和商業(yè)化的主要平臺。2010年9月,歐盟委員會又推出全球首個CCS示范項目網(wǎng)絡(luò)平臺——“CCS項目網(wǎng)絡(luò)”,要求獲歐洲能源復(fù)興計劃資助的6個CCS項目通過該網(wǎng)絡(luò)平臺共享知識成果和示范經(jīng)驗[18]。
(4)開展CCS“硬技術(shù)”研發(fā)和示范的同時,重視技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、管理制度和規(guī)范、法律法規(guī)、公眾接受度等技術(shù)應(yīng)用“軟環(huán)境”的建設(shè)。CCS技術(shù)應(yīng)用涉及多個環(huán)節(jié),其推廣和應(yīng)用需要健全的國內(nèi)法律法規(guī)體系給予支撐。為此,歐美等發(fā)達國家均積極推動其國內(nèi)政策和管理框架的建立和完善,并在加強公眾宣傳,提高公眾接受度方面開展了大量工作。歐盟于2009年4月制定了CO2地質(zhì)封存指令(Directive 2009/31/EC),詳細規(guī)定了封存場地選址、封存許可證發(fā)放、CO2監(jiān)測、封存場地運營和責(zé)任、信息公開、新建電廠必須預(yù)留捕集場地等的具體要求,以及對現(xiàn)有各相關(guān)指令的修訂,建立起在歐盟內(nèi)開展CO2地質(zhì)封存的法律和管理框架。澳大利亞推出了一系列政策與法律來支持CCS的部署,包括推出《CCS監(jiān)管指導(dǎo)原則》、《修訂海洋石油法》等。美國則通過環(huán)保署、交通部等職能部門和各州,積極建立相關(guān)的規(guī)章和法律框架,目前已完成對《清潔空氣法案》、《安全飲用水法案》等的修訂,初步建立了開展 CO2地質(zhì)封存的具體規(guī)章[9-11,19]。
與CCS相比,中國更重視CO2資源化利用技術(shù)的研發(fā),將CO2捕集、利用與封存(CCUS)視為一個技術(shù)系統(tǒng)部署相關(guān)研發(fā)活動。國家《中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要(2006-2020年)》在先進能源技術(shù)重點研究領(lǐng)域提出了“開發(fā)高效、清潔和二氧化碳近零排放的化石能源開發(fā)利用技術(shù)”;《中國應(yīng)對氣候變化科技專項行動》明確將CCUS技術(shù)開發(fā)作為控制溫室氣體排放和減緩氣候變化的重要任務(wù)。盡管起步較晚,中國CCUS技術(shù)發(fā)展在近些年取得了長足進步,成功的開展了工業(yè)級的CO2捕集示范,并在CO2利用等技術(shù)環(huán)節(jié)形成了有自主知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù),形成了自身的技術(shù)特點。當(dāng)前,中國CCUS技術(shù)研發(fā)活動主要在兩個層面分別由政府和企業(yè)主導(dǎo)開展。
政府主導(dǎo)的研發(fā)活動主要由國家科技部等部門部署。在國家有關(guān)科技計劃的部署以及相關(guān)國際科技合作項目的支持下,國內(nèi)有關(guān)高校、研究院所、企業(yè)圍繞CCUS開展了理論研究、技術(shù)研發(fā)和一些中小規(guī)模工程示范。戰(zhàn)略研究方面,“十五”、“十一五”期間先后組織開展了CCUS技術(shù)長期減排潛力、CCUS技術(shù)發(fā)展規(guī)劃等戰(zhàn)略研究。基礎(chǔ)研究方面,國家基礎(chǔ)研究計劃(973計劃)在“十一五”期間部署了“溫室氣體提高石油采收率的資源化利用及地下埋存”項目,針對我國油田特點研究使用CO2提高石油采收率(EOR)的理論和相關(guān)技術(shù)。在技術(shù)研發(fā)與示范方面,國家高技術(shù)發(fā)展計劃(863計劃)在“十一五”期間安排重點項目圍繞CO2礦化、微藻固定CO2制備生物柴油、基于IGCC的CO2捕集、利用與封存等技術(shù)的研發(fā)與示范進行部署;國家科技支撐計劃圍繞高爐煉鐵CO2減排與利用、煤制油高濃度CO2捕集與地質(zhì)封存、富氧燃燒CO2捕集等組織關(guān)鍵技術(shù)、裝備研發(fā)與示范在“十二五”先期啟動了相關(guān)的項目。國際合作方面,中國積極參與碳收集領(lǐng)導(dǎo)人論壇(CSLF)、清潔能源部長級會議等多邊框架合作,并組織國內(nèi)研究機構(gòu)和企業(yè)開展了中美清潔能源中心、中歐煤炭利用近零排放合作(NZEC)項目、中歐碳捕集與封存(COACH)項目、中意CCS技術(shù)合作項目、中澳CO2地質(zhì)封存項目(CAGS)等一系列合作。
此外,國家發(fā)改委、國土資源部、中科院等部門,以及廣東等省市地方政府也通過各自渠道部署和開展了一些CCUS相關(guān)的戰(zhàn)略研究和研發(fā)活動。
企業(yè)層面自主開展的研發(fā)與示范活動主要圍繞CO2的資源化利用等方面。2010年,中電投在重慶建成了規(guī)模為1萬t/年的CO2捕集示范裝置;華能集團2008年和2010年先后在北京和上海建成了年CO2捕集能力為3 000 t和12萬t的燃煤發(fā)電捕集工程示范;中石油在吉林油田開展CO2驅(qū)油與封存先導(dǎo)試驗,已累積注入CO2超過12萬t;中石化于2010年建成了3萬t規(guī)模的燃煤電廠捕集與EOR示范;江蘇中科金龍公司建成了以CO2為原料的化工合成生產(chǎn)線,年利用CO2約8 000 t。
相比歐美等發(fā)達國家CCUS技術(shù)政策和發(fā)展部署,我國尚存在以下四點不足:一是目前我國CCUS相關(guān)技術(shù)政策僅是關(guān)于該技術(shù)重要性的指導(dǎo)性表述,尚缺乏可以指導(dǎo)國內(nèi)近、中、遠期CCUS技術(shù)發(fā)展的系統(tǒng)性科技政策;二是現(xiàn)有研發(fā)和示范項目多聚焦單一技術(shù)環(huán)節(jié),尚無明確的大規(guī)模全流程的CCUS示范項目計劃和部署;三是研發(fā)和示范活動多為單個企業(yè)主導(dǎo),尚缺乏跨行業(yè)的合作平臺;四是現(xiàn)有工作多側(cè)重CCUS“硬技術(shù)”的研發(fā),對法律法規(guī)、管理制度與規(guī)范、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、公眾接受度等技術(shù)應(yīng)用與推廣的“政策環(huán)境”建設(shè)關(guān)注不夠。為進一步推動我國CCUS技術(shù)發(fā)展,本研究提出以下建議:
(1)加強國家層面對CCUS技術(shù)發(fā)展的政策指導(dǎo)和宏觀協(xié)調(diào),引導(dǎo)資源有效配置。應(yīng)組織編制并盡快發(fā)布我國CCUS技術(shù)發(fā)展路線圖,明確中國發(fā)展CCUS技術(shù)的戰(zhàn)略定位、發(fā)展目標(biāo)、重點研究方向和重點任務(wù)。一方面明確未來CCUS技術(shù)發(fā)展重點和關(guān)鍵環(huán)節(jié),引導(dǎo)資源有效配置;另一方面從系統(tǒng)層面安排部署重大項目計劃,確保資源的有效使用。
(2)加快推進跨行業(yè)的CCUS技術(shù)合作平臺建設(shè),促進行業(yè)間技術(shù)集成和全流程示范項目開展。2010年下半年以來,國內(nèi)電力、石油行業(yè)相關(guān)企業(yè)和有關(guān)科研院已開始醞釀成立“中國CCUS產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟”,該聯(lián)盟成立后將成為行業(yè)間、領(lǐng)域間技術(shù)集成和全流程CCUS示范工作的平臺。應(yīng)推動該聯(lián)盟盡快成立,相關(guān)科技資源也可考慮向聯(lián)盟傾斜,加強我國CCUS技術(shù)的跨領(lǐng)域合作與集成創(chuàng)新。
(3)系統(tǒng)部署“十二五”期間的CCUS技術(shù)集成與示范,適時啟動全流程示范項目計劃。應(yīng)在“十二五”期間加大對CCUS技術(shù)研發(fā)與示范,尤其是全流程示范的支持。圍繞不同的捕集和封存技術(shù)路線,以及CO2驅(qū)油、CO2驅(qū)深層煤層氣、CO2化學(xué)合成與利用、低成本低能耗捕集系統(tǒng)等創(chuàng)新型捕集與利用技術(shù)進行系統(tǒng)部署,適時啟動全流程CCUS工業(yè)級示范項目。
(4)加強“政策環(huán)境”建設(shè)研究和能力建設(shè)。圍繞CO2捕集運輸技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、封存場地選址與安全評估標(biāo)準(zhǔn)、CCUS審批監(jiān)管體系等加強研究,為CCUS技術(shù)示范與未來推廣奠定基礎(chǔ)。
(5)加強CCUS領(lǐng)域國際科技交流與合作,服務(wù)國內(nèi)研發(fā)與示范。有針對性、務(wù)實地推進現(xiàn)有CCUS領(lǐng)域雙邊和多邊合作,鼓勵示范項目企業(yè)間的經(jīng)驗交流,充分利用國際資源和經(jīng)驗服務(wù)國內(nèi)研發(fā)與示范。
References)
[1]IPCC.IPCC Special Report on Carbon Dioxide Capture and Storage[M].Cambridge:Cambridge University Press,2005.
[2]IEA.Carbon Capture and Storage:Progress and Next Steps(IEA/CSLF Report to the Muskoka 2010 G8 Summit)[R/OL].IEA,2010,www.iea.org/papers/2010/ccs_g8.pdf,2010 -11 -05.
[3]IPCC.Climate Change 2007:The Physical Science Basis[M].Cambridge:Cambridge University Press,2007:66 -80,86.
[4]IPCC.Climate Change 2007:Synthesis Report[M].Geneva,Switzerland:IPCC,2007:1-22,44-54.
[5]氣候變化國家評估報告編寫委員會.氣候變化國家評估報告[M].北京:科學(xué)出版社,2007.
[6]IEA.World Energy Outlook 2010[R].Paris:IEA,2010.
[7]BP.BP Energy Outlook 2030[Z].London:BP,2011.
[8]陳文穎,吳宗鑫,王偉中.CO2收集封存戰(zhàn)略及其對我國遠期減緩CO2排放的潛在作用[J].環(huán)境科學(xué),2007,28(6):1178-1182.[Chen Wenying,Wu Zongxin,Wang Weizhong.CO2Capture and Storage Development Strategy and Long-term Implication to Mitigation in China[J].Environmental Science,2007,28(6):1178 -1182.]
[9]鄒樂樂,張九天,魏一鳴.二氧化碳封存技術(shù)相關(guān)國際法規(guī)與政策的回顧與分析[J].中國能源,2010,32(4):15-18.[Zou Lele, Zhang Jiutian, WeiYiming. Review and Analysisof International Regulations and Policies on CCS Technology [J].Energy and Environment,2010,32(4):15 -18.]
[10]氣候組織.CCS在中國:現(xiàn)狀、挑戰(zhàn)和機遇[Z].北京:氣候組織,2010.[The Climate Group.CCS in China:Towards Market Transformation[Z].Beijing:The Climate Group,2010.]
[11]氣候組織.CCUS在中國:18個熱點問題[Z].北京:氣候組織,2011.[The Climate Group.Carbon Capture and Storage in China:Q&A[Z].Beijing:The Climate Group,2010.]
[12]沈平平,江懷有.溫室氣體提高采收率的資源化利用及地下封存[C].中國工程科學(xué),2009,11(5),54 -59.[Shen Pingping,Jiang Huaiyou.Utilization of CO2to Enhance Oil Recovery and Storage[J].Chinese Engineering Science,2009,11(5):54 -59.]
[13]UNFCCC.Decision 7/CMP.6[Z].Cancun:UNFCCC,2010.
[14]NETL.Carbon Sequestration Technology Roadmap and Program Plan[R].US DOE,2007.
[15]Barack Obama. PresidentialMemorandum:A Comprehensive Federal Strategy on Carbon Capture and Storage[Z].Washington D.C.:The White House,2010.
[16]European Commission.List of 15 Energy Projects for European Economic Recovery[EB/OL].Brussels:EC.2010-05 -10.http://europa.eu/.
[17]ZEP.European Zero Emission Platform Website[EB/OL].2011 -07 -04.http://www.zeroemissionsplatform.eu/.
[18]The European CCS Demonstration Project Network,Official Website[EB/OL].2011 -07 -04.http://www.ccsnetwork.eu/.
[19]EC.Directive of the European Parliament and of the Council on the Geological Storage of Carbon Dioxide[Z].European Commission,2008.
Carbon Capture Utilization and Storage Technology Development in Developed Countries and Inspirations to China
ZHONG Ping PENG Si-zhen ZHANG Jiu-tian JIA Li
(The Administrative Centre for China’s Agenda 21,Beijing 100038,China)
Carbon capture,utilization and storage(CCUS)technology has been expected to realize the near zero emission of fossil fuel use.The paper summarizes the characteristics of CCUS technology development in advanced developed countries,including strengthening overall coordination and policy guidance at national level,leveraging private finance on integrated large scale CCUS demonstration by investing government fund,establishing cross-sector platform,expediting technical cooperation and knowledge sharing,establishing soft environment of technological application on legal and regulatory framework,administrative structure,technical standards,etc..The paper identifies the main shortcomings of CCUS in China and puts forward some suggestions:to develop national policy to guide and coordinate the development of CCUS technology;to promote inter-sector cooperation on CCUS technology R&D by establishing cross-sector cooperation platform;to develop full-chain large scale demonstration;to underscore the importance of research on non-technical issues and lastly to strengthen international technical cooperation and knowledge sharing.
carbon capture and storage(CCS);carbon capture,utilization and storage(CCUS);CO2mitigation technology;climate change;technology roadmap
F206
A
1002-2104(2012)04-0025-04
10.3969/j.issn.1002-2104.2012.04.005
2011-12-11
仲平,助理研究員,主要研究方向為環(huán)境與氣候變化政策、科技管理等。
張九天,博士,副研究員,主要研究方向為應(yīng)對氣候變化戰(zhàn)略與科技管理。
“十一五”國家科技支撐計劃重大項目“我國應(yīng)對全球環(huán)境變化的科技戰(zhàn)略研究專題”(編號:2007BAC03A12-5);“應(yīng)對氣候變化國家評估報告”編寫專題(編號:2007BAC03A12-6)。
(編輯:王愛萍)