文章题目：Feasible deployment of carbon capture and storage and the requirements of climate targets
发表期刊：《Nature Climate Change》
影响因子：29.6
在线日期：2024-09-25
减缓气候变化需要大规模部署碳捕获和储存 (CCS)。最近的计划表明，到 2030 年，CCS 容量将增加 8 倍，但扩大 CCS 的可行性仍存在争议。根据 CCS 和其他政策驱动技术的历史增长情况，本研究结果表明如果计划在 2023 年至 2025 年间翻一番，失败率降低一半，到 2030 年，CCS 的排放量将达到 0.37 GtCO2 yr-1——低于大多数 1.5°C 路径，但高于大多数 2°C 路径。要保持 2°C 的轨道，就要求在 2030-2040 年，CCS 的增长速度至少要与 21 世纪风能一样快，并且在 2040 年之后，其增长速度要快于 20 世纪 70 年代至 80 年代的核能。仅有 10% 的缓解途径满足这些可行性约束，而且几乎所有途径都表明到 2100 年捕获和储存的二氧化碳数量将不足 600 Gt。如果放宽约束，假设 CCS 计划不会失败，并且增长速度与烟气脱硫一样快，那么这一数量将大约翻一番。
图1.使用可行性空间预测技术发展阶段政策驱动技术的可行部署的方法。为了构建每个可行性空间，研究使用一组定制的指标和参考案例，最适合技术生命周期的前三个阶段——形成、加速和稳定增长（方法和表 1）。对于形成阶段，研究根据项目计划及其失败率预测可行的 CCS 部署（Gt yr-1）；对于加速阶段，研究根据参考技术的加速率预测可行的 CCS 部署（Gt yr-1）；对于稳定增长率，研究使用 S 曲线拐点处的最大增长率，该拐点已标准化为市场规模。这种方法不仅可以应用于全球目标，还可以应用于国家和地区目标，以及其他气候缓解和能源技术。误差线用于说明可行部署随时间变化的不确定性。
表1.用于构建 CCS 部署在形成期、加速期和稳定增长期的可行性空间的参考案例和指标。
图2. CCS 近期部署的历史发展和前景。a、2002-2022 年按部门划分的运营（暗）和计划（亮）CCS 容量（方法）。b、基于当前运营容量（黑条）和当前（2022 年）计划在不同失败率（灰条）下的 2030 年运营容量，与 IPCC AR6 1.5°C-（n = 218）和 2°C 兼容（n = 423）路径（彩色条表示中位数；误差条显示 IQR32）和最近的 IEA NZE 路径（彩色点）进行比较。c、形成阶段的 CCS 部署可行性空间，描绘了 2030 年运营 CCS 容量（Gt yr-1）（补充表 6）与 CCS 计划（y 轴）及其失败率（x 轴）的关系。阴影区域代表可行性边界内的所有观测值，因此这些观测值与基于经验的近期 CCS 计划和失败率假设相一致（交叉，表 1）。阴影表明该边界是模糊的，或者换句话说，不是二进制的27,39。等值线显示了计划容量和失败率的不同组合，这些组合导致 2030 年的 CCS 运营容量相同。IEA NZE 路径 用红色和橙色等值线表示，IPCC AR6 路径中的 CCS 容量中位数用蓝色（1.5°C 兼容）和绿色（2°C 兼容）等值线表示。
图 3. 与 IPCC AR6 路径相比，2030-2040 年加速阶段 CCS 部署的可行性空间。2030 年实现的 CCS 容量和市场渗透率（x 轴）与 2030-2040 年 10 年移动复合年增长率（y 轴）。2030 年的最大可行容量构成了 x 轴上的可行性边界（0.37 Gt yr-1 或 1.8% 的市场潜力）（图 2c）。参考案例的加速率构成了 2030-2040 年 CCS 加速的三个可行性边界，黑线显示了核能（1961-1978 年）、风能（1995-2017 年）和太阳能（2008-2022 年）的历史加速率，作为 CCS 的参考案例（表 1）。虚线表示在 2030 年 CCS 容量高于实际水平的情况下，这些参考案例的延续。深红色线显示了 FGD 的历史加速（1972-1986 年），这是 CO2 捕获部分的参考案例。阴影区域代表可行性边界内的所有观测值，阴影部分表示该边界是模糊的，或者换句话说，不是二进制的27,39。1.5°C 和 2°C 兼容路径显示为点，它们的分布形成二维 (2D) 密度图（从白色到黄色）。蓝色和绿色等值线显示了两个指标的不同组合，无论可行性考虑如何，这些组合分别导致 1.5°C 和 2°C 兼容路径中的中位 CCS 容量（表 2）。该图的 x 轴以 2.1 Gt yr-1（10% 的市场渗透率）为截止点，因此排除了 47 条 1.5°C 路径（20%）和 33 条 2°C 路径（8%），到 2030 年，CCS 容量将高达 21 Gt yr-1。密度图是根据整个路径样本构建的（1.5°C 时 n = 218，2°C 时 n = 423）。
图4.可行性约束对 IPCC AR6 路径中 2030-2070 年和 2030-2100 年 CO2 长期累积捕获和储存的影响。x 轴包含施加可行性约束之前和之后的不同缓解路径组，包括在现实项目计划和失败率下到 2030 年可行的、在与参考案例类似的加速率下到 2040 年可行的、在与参考案例类似的最大年增长率下长期可行的（当标准化为今天的可捕获排放量 (G2022) 和实现最大增长时的可捕获排放量 (GTMax)）。“最乐观”表示一组限制宽松的路径——0% 的失败率和计划翻倍、FGD 加速和稳定增长（G2022）（扩展数据图 4 和补充表 7）。“所有路径”在左侧面板中为 1.5°C 的 n = 218，在右侧面板中为 2°C 的 n = 423。小提琴图和箱线图说明了到 2070 年和 2100 年这些路径组中累积的二氧化碳捕获和储存量（以 Gt 为单位）（左侧 y 轴）——箱线图显示 IQR，中位数用黑线标记，晶须从 IQR 范围延伸到非异常最小值和最大值。灰色条表示每个组中路径的份额（右侧 y 轴）。在少于 10 条路径的组中，使用点而不是小提琴图和箱线图。
