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被寄予厚望的CCS如何超越现实的“骨感”

来源:中国石化报 时间:2024-03-22 08:17


CCS作为油气行业最重视的碳减排工具之一,可延长油气资产的使用寿命。但数据显示,2023年全球碳捕集能力仅为4500万吨,即便加快部署,到2030年也仅能增至4亿吨/年,远低于实现2050年净零排放目标所需的水平

●卢雪梅

碳捕集与封存(CCS)的规模化应用优势使其成为实现气候目标的关键技术之一,通过CCS项目可有效减少已有资产(如天然气处理厂、发电厂、化工厂)的温室气体排放量,降低资产贬值风险、减少减排老大难行业(如水泥和钢铁厂)的排放,推动低碳氢的生产,实现直接空气碳捕集与封存(DACCS)和生物能源碳捕集与封存(BECCS)等。

CCS因此被寄予厚望。根据国际能源署(IEA)2050年净零排放情景预测,2050年,通过CCS每年应捕集封存7.6吉吨二氧化碳。政府间气候变化专门委员会(IPCC)的数据则更强调CCS的作用,如果要控制升温在1.5摄氏度内,到2050年,每年捕集封存的二氧化碳中位数高达15吉吨。能源转型委员会(ETC)也预测,到2050年,全球每年需捕集6.9吉吨(基准情景)至10.1吉吨(全面部署情景)的二氧化碳,才能实现净零排放目标。

对于化石能源行业来说,CCS可发挥更大效用,延长油气资产的使用寿命,因而也成为油气行业最重视的碳减排工具之一。然而理想的高远却面临现实的“骨感”。国际能源署数据显示,2023年,全球碳捕集能力仅为4500万吨,即便加快部署,即到2030年投入运营约200家工厂,也仅能将碳捕集能力增至4亿吨/年,远低于实现2050年净零排放目标所需的水平。

CCS项目的风险

CCS技术应用于油气行业已有几十年历史,但CCS项目在融资和规模化领域面临一系列挑战,需应对不同地区迥异的激励机制、监管和法律框架、自然资源禀赋和经济结构。概括而言,在不同地区建立CCS价值链可能面临一系列风险。

CCS价值链由碳捕集、运输和封存三方面组成。捕集二氧化碳通常是CCS成本最密集的阶段,但也是降本增效和进一步技术创新的希望所在。降低二氧化碳捕集成本的关键是源气体中二氧化碳的浓度和总体积,成本通常与二氧化碳的浓度和总体积成反比,即二氧化碳的浓度越高则成本越低。例如,乙醇生产或天然气加工排放的气体中二氧化碳浓度很高,通常大于95%,处理其排放气体的成本则相对较低;而发电排放气体中的二氧化碳浓度很低,处理起来成本很难把控。就目前经验来看,直接从空气中捕集二氧化碳的成本最高。

二氧化碳运输技术,尤其是管道运输与油田提高采收率技术相结合,降低成本的效果十分显著。但通过船舶大规模运输二氧化碳的方案还不成熟,而天然气行业在气体运输方面已积累了丰富的经验,可以借鉴。

二氧化碳的注入和地下封存仍有待进一步研究,将二氧化碳封存在含盐地层和枯竭的油气田是方案之一。根据全球碳捕集与封存研究所(Global CCS Institute)的数据,在含盐含水层中封存二氧化碳的技术成熟度较高。现有相关项目表明,将二氧化碳注入地下和永久封存并进行监测具有可行性,但商业规模达不到要求。将二氧化碳注入枯竭油气田进行封存的技术不太成熟。如澳大利亚的高更CCS等项目的表现不佳,推广前景存疑。在二氧化碳封存阶段,监测、报告和核查非常重要。注入过程和体积都需要详细记录和跟踪,还需要采用适当的监测预警技术确定封存二氧化碳的状态,尽早对渗漏或泄漏提供预警以保护环境。

目前,开展CCS项目面临多个风险。

收益不足:许多CCS项目是为实现减缓气候变化目标和减排目标而开展的,通常是将捕集的二氧化碳封存在地下或水泥、混凝土等建筑内,几乎无法回收高昂的前期资本成本和运营成本,包括捕集和处理二氧化碳的成本、压缩/液化二氧化碳的成本、管道和船舶(或卡车)运输二氧化碳的成本、注入和监测成本等。

碳价/税风险:对于已建立了碳排放交易体系(ETS)或碳税的国家,CCS项目将受益,可以回收部分投资和运营成本,但这取决于政策的变化,且即便如此也难以有效激励CCS投资。

依赖性风险:降低CCS项目风险的方法之一是分离CCS技术链的各环节,但这样做可能出现新的风险,因为CCS技术链各环节之间依赖性很强,会导致依赖性风险的增加。例如,投资二氧化碳捕集的公司依赖二氧化碳的相关运输和封存基础设施;而投资二氧化碳运输和封存基础设施的公司则需要足够的市场需求,同时也不得收取过高费用。

责任风险:二氧化碳封存需要细致的管理和监测框架,但即便如此,仍存在泄漏风险。如果没有政府或保险公司分担这种责任,项目所有者将无限期承担泄漏风险,负债也可能随时间的推移而不断增加。

其他风险:包括电厂整合风险、技术风险(尤其是捕集技术)和融资风险。另外,公众的接受度也是风险因素之一,目前有不少人仍对CCS的作用持怀疑态度,认为成本过高、可行性不确定、封存的安全性和持久性有待确认等。持怀疑态度者认为,CCS是化石燃料的“续命丸”,不仅阻碍社会行为的改变,而且会加强对化石能源的依赖。还有人认为,CCS可能占用原本可用来开展清洁技术项目的资金。

制定CCS项目法律和监管框架的关键

各国政府在设计激励CCS投资政策时都注重降低CCS的风险,使项目对投资者更有吸引力。其中部分国家政府制定了具备稳定性和支持性的法律和监管框架,还不同程度参与了CCS供应链分担相应风险。在宏观层面,政府制定有利于CCS项目的法律和监管框架主要有6个关键要素。

一是确立国家/地区的CCS目标,明确政府对CCS的支持态度。目前,欧盟的净零确保联盟确立了全欧盟范围的CCS目标,计划到2030年每年封存5000万吨二氧化碳,到2040年每年封存2.8亿吨二氧化碳,到2050年每年封存4.5亿吨二氧化碳。英国政府设定的目标是到2030年交付4个碳捕集、利用与封存(CCUS)产业集群,每年捕集2000万~3000万吨二氧化碳。而设定这些目标的主旨在于向有意投资碳捕集的公司保证CCS的可行性。

二是建立激励机制,鼓励低碳技术投资。碳税是促进二氧化碳减排的重要市场工具,通常通过对碳排放征税或进行碳排放交易来实现。部分国家政府已引入了具体的激励方案,如美国已根据《通货膨胀削减法案》为CCS项目提供税收抵免政策;加拿大采取投资税收抵免(ITC)政策来支持CCS发展等。

三是建立监管和许可框架,以解决CCS的运营、许可和退役等问题。英国率先推出了《2023年能源法》,制定了二氧化碳运输和封存的经济监管模式,包括经济许可框架,根据该框架,二氧化碳通过管道运输进行地质封存作业将需要获得许可证。欧盟通过了二氧化碳地质封存法规,或俗称CCS法规,以建立保证环境安全的二氧化碳地质封存的法律框架。美国政府通过了地下注入控制计划来调节二氧化碳在深部岩层中的注入和长期封存。澳大利亚政府则出台了《海上石油和温室气体储存法案》,规定了政府和行业的权利、责任和义务,以确保温室气体安全、可靠和永久的封存。

四是制定或采用CCS管理方法。CCS需要采用各种手段来确保封存监测数据的准确性、记入基准的可信性,以准确量化相关影响,不仅要考虑泄漏的可能性,而且要避免重复计算。为此,欧盟碳排放交易体系的2018/2066号法规(也称为监测和报告法规)制定了监测和报告温室气体排放的规则。

五是成立协调整个CCS供应链行为的机构。挪威政府成立的Gassnova就是监管CCS项目的机构。

六是建立支持二氧化碳跨境运输的法律框架。这对于那些有意成为区域或全球二氧化碳封存中心的国家而言尤其重要。

CCS市场的建立:“摸着石头过河”

通过出资、分担成本和风险来建立可持续的CCS市场对所有国家而言都是新生事物,各国政府根据本国特点采取了不同的方法,大致可以分为3类,分别是小政府(少量参与)、大政府(全力参与)和中庸政府(参与程度介于前两者之间)。

小政府式国家通常采用激励或惩罚措施来影响和推动私营部门对CCS项目的投资,但基本不在CCS供应链中占有任何阶段的所有权。激励措施包括提供款项、贷款、税收抵免政策,惩罚措施则包括对违规行为的税收或罚款。美国、加拿大和欧盟目前基本采用的都是小政府式方法,依靠如碳定价等激励或惩罚措施来推动CCS投资。

大政府式国家则通过国家石油公司来投资运营CCS项目。中国、沙特、卡塔尔和阿联酋就是采用这种方式,大多数CCS项目都有国有企业参与。大政府式方法的优势明显,可大幅降低全价值链风险,以及建设或需求不足的风险,但需要大量征税。

中庸政府式国家并不完全依靠市场来激励私营部门的决策。对于收入来源不确定的资本密集型活动,政府与私营部门分担成本和风险。这种方法适合大型基础设施项目,但需要政府的持续支持。在这些国家,供应链的各个环节都受到严格监管,政府在协调整个供应链的活动方面发挥关键作用。英国、挪威和丹麦在不同程度上都是采用中庸政府式方法的国家。

经过多年实践,随着CCS市场的发展,各国也在根据实际情况不断调整参与方法,如英国和挪威虽然一直采用中庸政府式方法,但随着CCS商业市场的成熟,已着手减少参与度。

CCS的商业模式

所谓CCS的商业模式是指开展CCS项目的公司实现盈利的战略,主要包括公司提供的产品和服务、目标市场、旨在填补的市场空白、预期费用,以及可持续运营的财务模型等要素。过去,上市公司的主要目标是实现股东的利润最大化,但现在社会和环境的可持续性发展成为新的追求目标。

CCS商业模式主要分为两种类型,分别是全链模式和部分链模式,是指CCS价值链在项目中的整合程度。在这两种主要的商业模式中,项目所有权可以是公共/国有、私人或公私伙伴关系;项目的融资可以是政府来源,也可以通过私人融资。两种模式的CCS项目可以由私人拥有并享受政府补贴,也可以是政府完全拥有或由政府与合作伙伴拥有并享受补贴。但全链模式还取决于政府的安排,如中国的CCS项目几乎全部由国有企业开展;中东地区CCS项目的区域运营由沙特阿美、卡塔尔能源公司(与埃克森美孚合作)和阿布扎比国家石油公司等国家石油公司控制。公私伙伴关系的实例有Equinor(挪威国家石油公司)参与的CCS项目。全链和部分链模式都可以通过合资企业的方式来开展,在合资企业中,新合资公司由参与的利益相关方共同拥有,财务风险由合伙人共同承担。

目前运行的多数CCS项目采用全链模式,即捕集的二氧化碳从一个捕集设施运输到一个注入点。项目通常由单一公司开发、拥有和运营,通常用于提高采收率和进行示范封存,在这些项目中,运营商能控制从排放到封存现场的整个价值链的开发、执行和运营。雪佛龙、壳牌、埃克森美孚等公司运营的澳大利亚高更CCS项目、ADM公司运营的美国伊利诺伊州工业CCS项目、卡塔尔能源公司和埃克森美孚在卡塔尔的LNG项目等都是全链模式。

部分链模式,即CCS价值链被分割或分解成不同的部分,或专注于捕集、运输,或专注于封存,再与CCS新兴的共享基础设施相连。部分链模式有助于风险管理和分配,但各国政府的作用很重要,新模式在各领域的应用,包括协调利益相关者,解决与二氧化碳封存有关的长期责任问题,以及在尚未盈利的市场建立可靠的收入来源等,都需要政府的支持。如英国、丹麦、挪威、荷兰均建立了专注于二氧化碳集输的集输中心。

(作者单位:中国石化石油勘探开发研究院)

(资料来源:英国剑桥能源研究院)

(责任编辑:王莹)