把二氧化碳“捉起来”，大饼还是前景？

大家好，我是刚刚“阳康”的谷智轩。上个月，中国石化与壳牌、中国宝武、巴斯夫四方宣布，将开展合作研究，在华东地区共同启动我国首个开放式千万吨级二氧化碳捕集、利用与封存项目。这套技术，争议是比较大的。“碳捕集”说起来好听：你不是嫌火电、冶金、水泥、化工之类的产业，排放的碳多吗？那就把“碳”收起来存着，不就行了？简单直白。事情真有这么简单吗？看现在全世界落地了多少“碳捕集”项目就知道了。可以剧透一下，所有商用项目加起来，是135个，已经运行的，是27个。本期《轩讲》就来聊聊，把二氧化碳“捉起来”，究竟存在什么问题？我们要不要在这项技术上花大力气？

二氧化碳的捕集、利用与封存技术，英文叫Carbon Capture, Utilization and Storage，简称CUSS。我为什么要把英文全名也放进来？因为这里面有讲究。很多地方，都把“碳捕集”叫做CCS，缺了个U，也就是只有“捕集”、“存放”，没有“利用”这个环节。还有的地方呢，比如美国，没有用Storage，而是Sequestration。虽然都是S，但相比中性的“存储”，后面这个比较长的单词，更强调“永久性”。说白了，就是放进去，就不拿出来了。那么，放到哪里去呢？最常用的办法是打入地下八百米以下的岩层里面，而且岩层里面要有困住二氧化碳的空隙，上面还要有厚实的盖层，可以把“充气”的岩层包覆住。

把二氧化碳充入地下的设想，其实很早就有了。当然，最早的时候，人们想的不是保护环境，而是dollar。1972年，第一个CCUS项目在美国得克萨斯州Sharon Ridge油田开启，目的是为了将二氧化碳注入油田，以提高石油开采率，简称EOR。打入油田的二氧化碳，可以把地层中的石油赶向油井，还能和石油混合，提高石油的流动性。这项技术现在已经比较成熟了 ，也确实帮助不少油田，尤其是快要枯竭的油田，被人类榨干了最后一点价值。近几年，美国人在开采页岩油的时候，也把大量的液态二氧化碳注入岩石，把圈闭的石油排挤出来。

不过，这都是钱的事情，怎么就跟环保扯上关系了呢？一开始，是真没什么关系。因为油田里充的气，绝大部分不是来自工业排放，而是天然的二氧化碳气井。这挖出二氧化碳，提高石油产量，怎么看都跟“减碳”没关系吧？后来，人们觉得开采天然二氧化碳，再长途运输到油田，确实有点贵。比如说得州西南部的油田，要从北面的科罗拉多和新墨西哥州长途跋涉运气，管线总长度超过2200英里，每千立方英尺的运费在0.25-0.75美元。对比一下，二氧化碳的“包邮价”，大概是两美元左右。而且，光是建管道，当地企业就投了超过10亿美元。如果在距离油田比较近的地方，收集一些工业排放的“人工二氧化碳”，是不是能便宜一些？至少运费省了吧。哎，这商机就来了。顺着这个思路，一些美国本土的石化企业，在得州西部建了一些天然气加工设施，把副产品二氧化碳卖给附近的油田。石油开采企业省了笔开销，化工企业多了笔外快，双赢了。另一方面呢，注入油田的二氧化碳，有一部分能够留在地下，也确实是有那么点“封存”的意思。

所以，这整套流程里面，二氧化碳的捕集、利用和封存三个环节，全都涉及到了，可以说是标准的CCUS，而且是有投入，也有回报，符合商业逻辑，也有持续运营的基础。不过，这买卖虽好，但不是谁都能做的。二氧化碳毕竟只是那些“排放大户”的副产品，企业在哪里设厂，考虑的可不只是卖碳是不是方便。最后能在油田边上设厂的，毕竟还是少数。几十年下来，因为附近没有“人工气源”，美国采用EOR的油田，七成用的还是天然二氧化碳。从这里我们就能看出，“利用”这个环节，恐怕是CCUS里面，最难的一环。首先你得找到这个二氧化碳的需求，同时呢，需求还要和供给匹配上。

我们先来看看需求部分。现在对二氧化碳有需求的，除了EOR之外，还有制冷、食品工业、消防、焊接、压裂采油，等等。2019年，美国捕捉再利用的二氧化碳，总共是2200万吨，其中1500万吨供应EOR，占将近七成。而美国光是电力和热力行业排放的二氧化碳，就达到了18.5亿吨，还有工业排放的4.6亿吨，交通运输排放的17.6亿吨。这么一对比，我们就清楚了：这个需求和供给相比，实在是差得太远了，连一个零头都没有。

再说供需匹配的问题。除了我们上面提到的，少部分油田边上建化工厂的情况，排放二氧化碳的和消费二氧化碳的，分布得都比较散，距离也不讲究。二氧化碳的运输可不是件简单的事情。管道、压缩、液化、储存等基础设施，以及运输用的船舶、罐车，都需要大量的先期投入，运营和维护也不便宜。量不大，供需还分散，规模效应就很难形成，运价自然是居高不下。另一方面，捕集的二氧化碳，也不一定能满足某些行业的要求。比如说，我们之前的节目里就讲过，食品级二氧化碳对于原料气，是非常讲究的，像是火电、水泥、冶金行业的气，就不太合适。所以，哪怕到处都在排放二氧化碳，还是时不时会有“气荒”出现。

需求小，运价高，选料挑——这就难怪二氧化碳的“二手市场”，始终成不了规模。说实在的，对于这些“二手气”，能找到的商业价值，早就被开发得差不多了。目前它们的去处，绝大部分还是EOR。但是EOR本身，规模也不够大，而且对二氧化碳也不是“净消耗”，毕竟它是要用二氧化碳开采更多的石油。这么一来，估计大家就明白了，为什么很多地方，都只提CCS，不提那个U了，而且S，还要用永久封存的Sequestration，而不是存了可能再拿出来的Storage。除非有重大科技进步，否则这个U——很蓝的啦。根据国际能源署的测算，未来50年，可以被利用的二氧化碳，只占总排放的8%。这可是未来50年的情况。

有这个U，至少还能回一点本，还有可能形成“商业闭环”。那如果没有这个U呢？那纯粹就是“全本买卖”。本来二氧化碳排了也就排了，现在你非得收集了埋起来，这个成本，就是完全要企业自己买单了。目前在美国运行的碳捕集设施，收集一吨二氧化碳的成本，大概是60美元。按照美国燃煤电厂的排放水平计算，用了CCS之后，发电成本要增加两到三倍。这还没算电厂的改造成本。有些电厂已经运行超过40年，而CCS设备的寿命是20-30年。如果要装CCS，那至少要把电厂的寿命续够，这就需要对电厂进行全面的翻新改造。根据美国的经验，一通改造下来，一次性投入的资金可能超过3.3亿美元。这些成本一加，煤电相比太阳能、风能等新能源，至少在成本上已经没有任何优势。更何况，我们已经把化石能源称作“夕阳产业”，处于逐步淘汰的过程中，强行“续命”，再用成本挤出市场，怎么看都有点多此一举。

其他行业也会遇到类似的问题。比如说钢铁业，作为一个成熟行业，全世界许多钢厂岁数都不小了，有些寿命甚至超过了50年，要是改造安装CCS，费用可想而知。目前为止，全世界正在运行的CCS钢厂只有一家——阿联酋钢铁工业的阿布扎比工厂。哪怕不算改造投入，安装CCS的钢厂，每吨钢材的生产成本，也要上升近10%。再比如说，装了CCS后，水泥厂的成本翻倍，甲烷和合成氨的成本，上涨两成到四成。铝的冶炼也会产生二氧化碳，但是二氧化碳在经过管道离开熔炼炉时，会和空气混合，变得非常稀薄。捕集稀薄二氧化碳的投资和运营成本就厉害了，根据我们收集到的资料，目前还没有哪家冶铝厂打算尝试一下。现在还有种技术，是直接从空气中捕集二氧化碳，简称DAC。听上去是不错，不需要老厂翻新，也不会直接给重工业增加成本。不过，瑞士苏黎世附近的Climeworks，也是世界上唯一一个以工业规模从空气中捕捉二氧化碳出售的“负排放工程”，目前的运行成本是每吨二氧化碳1000美元，是火电厂除碳成本的10倍以上。可以再对比一下，从矿井中开采天然二氧化碳，成本是每吨10-15美元。

这还只是碳捕集的费用。别忘了，二氧化碳收集起来之后，还要封存，这同样代价不菲。二氧化碳的封存，总共有地质封存、海洋封存、化学封存三种。目前主要的做法，是将二氧化碳回填进枯竭的油气矿藏，或者地下和海底的深盐水层中。最便宜的是管道运输。美国EOR用得早，算是走在前面的，全美陆上管线8000千米，每年的运量大概是7000万吨，还不及排放量的一个零头。那么造一根大运力的管道要花多少钱呢？2020年，加拿大上线了一条长240公里、年运量达1400万吨的管道——阿尔伯塔碳干线，造价近10亿美元，一年满负荷的运营成本，大概是7-8千万美元。海上的管线，通常还要比陆地的管道贵40%-70%。

另外，注入地下或海底，也是一笔大开销。除了EOR比较便宜之外，陆上的存储费用，大多在每吨10美元，海上的费用大半都在35美元以上。而且这气还不是埋下去就完事儿了，还要长期照看，确保不漏气。这个“长期”，有些地方规定是10年，有些是100年。这又增加了一笔开支。另一方面，能够用来存放二氧化碳的地方，肯定是数量有限，分布也不均匀。目前探明的存储资源，以非洲和亚欧交界处居多，已探明的是5500亿吨，但是其中有详细数据、技术上可行、政府也支持的“商业资源”，只有2.54亿吨。也就是说，这五千多亿都是“大饼”。没有探明，但估算出来的“潜在”储存量，是13万亿吨，还有的说法，是8万亿吨到55万亿吨。你们觉得这个饼，有多少面，多少水？

没有“U”的CCS技术，从捕集、运输到封存，每个环节都透露出一个特点，那就是贵。这个贵，是每年至少数千亿美元的投资，还不包括基础设施。为了这期节目，相关的报告我们也看了不少了，有国际能源署的，有各国的中央政府、地方政府的，有各种非政府组织的，基本上都是一说前景，就是光明无限，一说成本，就含糊其辞。如果现实和未来有落差，那就是“机会巨大”。这个套路，pua普通民众或许可以，但那些商业巨贾可不会买单。所以，CCS技术的推广，几乎都是由各国政府和各种NGO来推动的。政府对碳排放大户课以重税，设定配额，再以减税、补足、碳交易的名义，将财富向CCS企业转移。

比如说，美国近些年造的CCUS和二氧化碳管道，基本上都是因为美国政府的“胡萝卜”才上马的。尤其是45Q碳封存税收抵免——捕集的二氧化碳，用于EOR的话，每吨补贴35美元，封存的，每吨50美元。再加上州一级的税收抵免，有些地方的抵免额，总计可以叠加到每吨190美元。而且这抵免额还可以拿来交易。之前提到的那根加拿大的干线管道，地方政府直接出了一半的钱。哪怕是最有可能盈利的EOR项目，有的时候还要靠税收来推一把。比如说挪威有家公司——名字我就不念了（StatoilHydro）——开发北海天然气田的时候，采上来的气体中含有近9%的二氧化碳，必须回收掉，否则就得交每吨200美元的税。这家企业不得不采用“EOR”技术，捕捉二氧化碳灌入海床下面的盐水层。1996年的项目，投资8000万美元，每年帮企业节税5500万美元。

除了政府的“乾坤大挪移”之外，各种私人和NGO的“捐款”也少不了。比如说X-Prize基金， 就拿出一亿美元，准备奖给“最佳碳捕集技术”的提供者。这个X打头的基金，大家有没有联想到什么？没错，它的老板也是马斯克。掺和这事的富哥们儿可真不少——比尔·盖茨搞的突破性能源催化剂项目（Breakthrough Energy Catalyst），就有15亿美元可以用在CCS上。此外，还有几个耳熟能详名字，比如说美国支付宝Stripe，谷歌母公司Alphabet，北美电商平台老二Shopify，以及Meta和麦肯锡，众筹9.3亿美元，共同发起了一个“前沿气候”（Frontier Climate）平台。这9.3亿是一个在2022-2030年之间，采购“永久封存的二氧化碳”的预先市场承诺（AMC）。AMC这个概念，我们讲新冠疫苗实施计划，也就是COVAX的那期节目里提过，欢迎回顾。这里就是把“疫苗”换成“存碳”，五大巨头提供资金，由平台代表，向拥有CCS先进技术的企业，集中采购可以封存超过一千年的二氧化碳。

当然，比起政府的投入，这些来自私人机构的“捐款”，属实是“小巫见大巫”了。而且这些“捐款”，除了做公益之外，可以换取的其他东西，还是要从政府身上薅。缺少“利用”环节的碳捕集项目，基本上是只有血本，不见回本，要推只能靠政府。政府利用各种政策工具，硬生生造出了“除碳”的刚需，可以抛开二氧化碳本身的供需关系不谈，让捕集和封存二氧化碳有了所谓的“市场”。国际能源署的一份报告里面，甚至提出了一个“二氧化碳供给价”的概念——当碳排放的政策惩罚达到一定强度之后，二氧化碳的价格会变成负数，也就说买的不付钱，卖的才付。这种再造市场的行为，不是没有代价的。比如说，大幅增加的工业成本；再比如说，政府增加的开支。当然，这大笔大笔的dollar，到最后都是每一个普通的纳税人在掏腰包。说到这里，我们不禁要问一句：这值得吗？

逐步降低碳排放，最终达到碳中和，现在属于政治正确，我们没资格质疑这个。但是，碳中和的路径有许多。改变能源结构，更多地使用可再生能源，是其一。节能减排，提高效能，是其二。植树造林，发展智慧农业和林业，进行生物固碳，是其三。我们还能开发那个“U”，也就是二氧化碳的再利用，以“需求”推动“回收”。比如说今年9月份，我们国家的科学家，就在二氧化碳人工合成淀粉的技术上，取得了重大突破。这项技术如果未来能走到商业应用，那不但解决了这么多二氧化碳有啥用的问题，大幅扩大二氧化碳市场，还能很大程度上解决粮食问题，属实是一石二鸟。我要给我们的科学家们点个赞。其实，上面的这些方法都是一石N鸟，可以在减少碳排放的同时，带来经济效益，恢复生态，甚至促进科学技术发展，推动人类文明向前迈进。在这上面花钱，我们认为是值得的。

但是CCS，也就是没有利用，只是捕集+封存，那就是为了减碳而减碳，为了达成减碳的指标，不惜代价，不计成本。我只能说，这恐怕只有少数国家才折腾得起。近年来，CCS的概念被炒得很热，2021年处于“开发中”的项目，一下子增长了近五成。其中炒得最起劲的，就是咱们多次提到的国际能源署。虽然有“国际”两个字，但它实际上是经合组织OECD的附属机构，31个成员国，30个是发达国家，而且全是石油消费国，当初成立的主要目的，就是为了协调能源政策，制衡OPEC，降低对进口石油的依赖。现在人家的目的，依然没什么变化，只是改了个说法，叫“解决气候问题”。这些早已完成制造业升级的发达国家，有能力承受CCS带来的巨额成本，既迎合了“政治正确”，又顺便再给发展中国家，尤其是经济高度依赖化石能源的那些国家，套上一个“控碳”的紧箍咒，让他们消耗大量资金，提高自己的工业成本，也是一石二鸟了。但是，作为资源必须用刀刃上的发展中国家，对于CCS真的是要慎之又慎。我个人的态度，是CCU可以，但CCS不行。“利用”才是碳捕集技术的真正核心，才是应该大幅投入的地方。就像当年在EOR一样，等到二氧化碳不断开发出新的应用，产生足够大的市场，自然就能推动二氧化碳的回收。但如果没有利用，只有封存，那么捕集二氧化碳就得长期“血亏”。这恐怕是各种“控碳”措施中，最不经济的一个了。所以，对于节目开头提到的类似的CCS项目，我们暂时只能持保留态度。也欢迎有相关专业知识的观众，在评论区分享你的见解，帮我们完善这期节目。