今天带领大家一分钟了解可行的碳捕集与封存的部署和气候目标的要求。![]()
碳捕集与封存（CCS）在气候缓解路径中发挥重要作用，但其可行性一直存在争议。近年来，CCS的关注度再次升温，尤其是负排放技术（如直接空气捕集（DACCS）和生物能源与CCS（BECCS）），并有计划在2023到2030年之间将CCS容量增加八倍。然而，十年前类似的CCS计划并未成功实现预期目标，导致许多项目未能按时推进。要回答CCS能否实现《巴黎气候协定》目标，需要克服三个挑战：一是预测有多少CCS计划可能成功，二是估计中期CCS增长，三是预测长期增长率。为了解决这些问题，该研究通过借鉴历史技术案例的数据，采用了三项方法创新。第一，通过分析历史失败率，估算了近五至十年内CCS部署的可行性；第二，基于初期技术部署通常呈现的准指数型增长趋势，预测了CCS在中期（10至20年内）的扩展；第三，利用历史技术增长的峰值，估算了长期（20至80年）的CCS增长范围。最后，研究将这些预测与近期的IPCC情景模型进行对比，估算了21世纪内通过CCS捕集和封存的CO2总量。研究发现，CCS容量在2030年达到0.07–0.37 Gt yr−1是现实可行的，这一容量对应着市场潜力的0.3–1.8%。这一增长将标志着CCS技术进入加速阶段，可能会经历类似核能、风能和太阳能等技术的快速扩展。然而，是否能够实现这一增长，取决于多个因素，包括CCS计划的实施和技术的失败率。例如，假设计划在2023到2025年间翻倍，且失败率从88%降至45%（美国核电的故障率），2030年的CCS容量可能会达到0.37 Gt yr−1。当前的计划和历史的失败率意味着国际能源署（IEA）净零排放（NZE）情景下的1 Gt yr−1几乎是不可能实现的，2 °C途径设想的CCS容量中位数为0.3 Gt yr−1(IQR 0.04–0.6)，可以通过到2025年将计划产能扩大到0.4-0.6 Gt yr−1并将故障率降低到45-60%来实现这一目标。![]()
图 1：使用可行性空间在技术增长阶段预测政策驱动技术的可行部署的方法。误差线用于说明随时间推移可行部署的不确定性。图 2：CCS 部署的历史发展和前景。a. 2002–2022年各行业的运行（深色）和计划（浅色）碳捕集与封存（CCS）能力。b.基于当前运行能力（黑色条形图）和2022年现有计划下的不同失败率（灰色条形图），到2030年的运行能力，与IPCC AR6 1.5°C（n = 218）和2°C兼容路径（n = 423）（彩色条形图表示中位数，误差条表示四分位数间距IQR）以及近期IEA NZE路径（彩色点）进行对比。c. CCS部署可行性空间，在成型阶段显示到2030年基于CCS计划（y轴）及其失败率（x轴）的运行CCS能力（ Gt yr−1）
对于2040年，研究通过分析2030年的容量以及2030至2040年的年均增长率，预测了多种可能的CCS发展路径。在最乐观的假设下，2030年CCS容量为0.37 Gt yr−1，且在加速阶段的增长速度类似于核能在1970年代的增长，则2040年的容量可能达到4.3 Gt yr−1。相反，如果增长速度仅与风能和太阳能类似，2040年容量可能为0.95 Gt yr−1。这些预测值表明，要实现1.5°C目标，需要非常快速的技术扩展，但即使在这些乐观的假设下，也很难满足全球范围内的减排需求。研究还评估了在技术进入稳定增长阶段时，CCS的最大年增长量。研究发现，在大多数1.5°C和2°C兼容的路径中，CCS的年新增容量将在0.4–0.5 Gt yr−1之间达到峰值。这个最大增长通常出现在2045年左右的1.5°C路径中，2055年左右的2°C路径中。研究显示，在加速阶段之后，CCS技术的年新增容量将趋于稳定，进入S曲线的稳定增长阶段。为了验证CCS的增长潜力，研究将CCS与历史上政策驱动的低碳技术（如核能、风能、太阳能）的增长模式进行了比较。研究发现，大多数1.5°C和2°C兼容路径中的CCS增长速度要快于历史上核能、风能和太阳能的增长速度，但在很多路径中，CCS的扩展仍显得过于乐观。例如，只有26%的1.5°C路径和5%的2°C路径符合历史核能增长的最大年增长率。![]()
图 3：与 IPCC AR6路径相比，2030-2040年加速阶段部署CCS的可行性空间。到2030年实现的CCS容量和市场渗透率（x轴）与2030–2040年间10年期的年复合增长率（CAGR）（y轴）之间的关系。c.2030年最大可行容量在x轴上构成了可行性前沿（0.37 Gt/年或市场潜力的1.8%）。 研究发现仅10%的气候减缓路径（其中14%的2°C路径和4%的1.5°C路径）符合所有CCS增长的可行性约束。这些路径的CO2捕集和封存量在21世纪内将大大低于预计的目标，即使在最乐观的假设下也只能达到较低的捕集量（如到2070年仅捕集200 Gt CO2）。特别是那些要求在初期阶段实现CCS快速增长的1.5°C路径（如IPCC C1路径）几乎无法满足技术增长的可行性约束。![]()
图4：可行性限制对IPCC AR6 路径中2030-2070年和2030-2100年二氧化碳长期累积捕获和储存的影响。小提琴图和箱线图展示了这些路径组在 2070 年和 2100 年的累计CO2捕集和储存量（单位为 Gt）（左侧y轴）——箱线图显示IQR，黑线标记中位数，从IQR范围延伸至非异常最小值和最大值。灰色条形图展示了每个组中路径的比例（右侧 y 轴）。
该研究表明，尽管CCS在短期内可能实现一定的扩展，但要使CCS成为实现《巴黎气候协定》目标的关键技术，仍然面临巨大挑战。即使在最乐观的假设下，2030年和2040年的CCS容量也很难达到国际气候目标所需的规模，而大多数1.5°C和2°C兼容路径的CCS增长路径都不符合现实的增长可行性。要使CCS成为应对气候变化的重要技术，需要加大政策支持、减少技术复杂性，并有效降低失败率，才能有望在未来几十年内实现其潜力。* 本公众号发布的学术论文、科研成果和研究资料，仅供课题组内部学习与交流， 如需转载或有其他任何疑问，请联系公众号后台，谢谢!
Kazlou, T., Cherp, A. & Jewell, J. Feasible deployment of carbon capture and storage and the requirements of climate targets. Nat. Clim. Chang. 14, 1047–1055 (2024). https://doi.org/10.1038/s41558-024-02104-0
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