NC：直接空气捕获技术（DAC）发展政策路线图.doc-solarbe文库

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NC 直接空气捕获技术（ DAC）发展政策路线图中科院地质地球所从 18世纪至今，大气中 CO2等温室气体浓度逐年增加，致使温室效应加剧，深刻影响着全球气候变化。在 2016年签定的巴黎协定中，制定了在 21世纪末全球平均气温升幅与前工业化时期相比控制在 2℃ 以内的目标 , 且力争控制在 1.5℃ 之内。科学家发现，要实现 1.5℃ 调控目标，必须采取负排放措施（ Masson-Delmotte et al.， 2018）。在此背景下，直接空气 CO2捕获（ DAC）技术的大规模应用对于气候调控具有重要意义。近期，美国学者 Meckling and Biber（ 2021）对 DAC技术的发展前景进行了积极展望，并在已有低碳技术发展经验的基础上提出了适于 DAC发展的政策路线图。为了减缓全球变暖，人们提出了一系列温室气体减排增汇技术，例如植树造林、优化森林与农作物管理、生物能源碳捕获和封存（ BE CCS）、电力和工业来源碳捕获和封存 /利用（ CCS/CCUS）、 DAC及其封存或利用（ DACS）（图 1）。这些方法都有其自身局限性，植树造林、森林与农作物管理和 BECCS所固定的碳可能并不稳定（土地利用和气候变化可以导致这些碳重返大气），而且这些项目的建设均会受到土地供应的限制，同时还会对自然栖息地、农田与粮食价格造成潜在影响； CCS则由于项目成本高、规模大、工期长且选址条件严苛等问题而不易广泛部署。与其它负排放技术或减排技术相比， DAC具有多种优势。首先，将 DAC与地质封存技术结合，可以实现相对永久性固碳；其次，建设 DAC项目所需的土地面积远远低于农林管理或 BE CCS，而且 DAC可以建在农作物或森林无法生长的荒漠地区可能会受到基础设施与 DACS所需地质条件等方面的限制；再次， DAC设施相对于 CCS一般较小，选址更灵活，且可以模块化建设，即一个大型 DA C项目可以由多个小型 DAC单元组成。可见， DAC是一种理想的负排放技术，但目前仍然难以实现大规模部署，主要原因在于 1） DAC成本非常高，每捕获一吨碳需 100美元到 1000美元不等，显著高于全球碳市场交易价格（ World Bank Group， 2019）； 2） DAC的产品（ CO2）主要应用于提高石油采收率（ EOR），即把 CO2气体注入油藏中来提高石油产量，但这种需求的规模很小。因此， DAC技术的推广仅通过市场机制无法实现，还需依靠较大力度的政策支持。图1 CO2捕获、利用与封存（Meckling and Biber, 2021）。CO 2捕获有两种方式对电厂或工厂排放的CO2进行捕获（CCS）和从空气中直接捕获（DAC）。图中，“Sequestration”是指将CO 2注入地下深部岩层进行长期封存；“Non-Oil Gas use”包括化学加工、饮料添加和温室种植本文通过对现有主要低碳技术的发展历程进行分析，发现要实现某种低碳技术转型，关键在于制定并执行合理的政策序列（ policy sequencing），即在初始阶段相关政策首先以降低技术成本和加强政治支持为目的，后续逐步采取更积极政策以推动低碳技术的持续发展。具体来说，政策的制定应以推动投资、并创造一个利基市场为导向，这样便可以促进新技术和新产业的出现，最终形成良性循环。已有经验证明， “财政激励强制部署 ”是最有效的政策模式。财政激励主要包括补贴和退税两种方式，是世界上多数国家推动可再生能源技术和电动汽车部署所采取的重要措施。相比之下，基于 “碳价格 ”的市场调控政策则很少被使用。考虑到 DAC的成本高昂，政府应出台扶持力度更大的财政措施，如抵免税收、加强信贷、提供奖励等。但是推行激励措施会给政府部门带来沉重财政负担，继而引发政治压力，尤其是随着部署规模的不断增大，财政激励更是难以为继。此时，通过发布行政指令推行强制部署则是保障低碳技术持续发展的一个必要举措。如中国、美国和欧盟等很多国家和地区都直接或间接实行了针对电动汽车、可再生能源等低碳技术的强制措施。对于 DAC的强制部署可分为两种方式上游管制（石油和天然气公司化石燃料生产、加工环节）和下游管制（用户端化石燃料购买、使用环节）。上游管制可以要求油气公司每开采一桶石油必须捕获和存储一定量的 CO2，这种方式易于执行和监管，并且企业可以通过 EO R提高石油产量而获得经济效益。上游管制措施有利于 DAC项目的初始投资和部署，但仅依赖这种方式也难以实现 DAC的大规模部署。首先，上游管制只能适用于石油出产国或地区；其次， EOR在提高石油产量的同时，也增加了生产成本，企业能否持续部署 DAC依赖于投入与产出之间的平衡（受油价、成本、政策等因素影响）。鉴于化石燃料消费的普遍性，下游监管措施几乎可以适用于所有国家。 2009年美国加利福尼亚州率先推行了低碳燃料标准（ LCFS），旨在降低交通运输燃料单位能量能源所含的碳强度，从而达到降低碳排放的目的。标准执行者（如油气供应商）可以通过技术创新、降低燃料碳强度方式、也可以通过购买低碳燃料（如天然气、生物燃料等）和排放权（或使用以前积累的排放权）等市场机制来达到标准要求。其中，部署 DAC所获得的排放权积分已被纳入该低碳燃料标准的考核体系。目前，已有不少国家开始制定或实施各自的低碳燃料标准和可再生能源标准，这些标准可借鉴上述做法，将 DAC纳入考核体系。燃料标准在执行过程中可以逐步提高，比如从低碳排放到碳中性再到碳负排放，持续向石油和天然气行业施加压力，不断促进 DAC的创新与发展。石油与天然气行业为推动 DAC部署提供了切入口，但任何企业，如电力部门、汽车制造商等都应被鼓励参与 DAC相关业务，允许其由此所获得的碳排放权积分在市场上进行交易或换取其它形式奖励（如信贷），以期形成 DAC发展的市场竞争态势。根据对现有低碳技术发展过程的观察，制定并执行 DAC激励措施一般不会有较大的政治障碍，而要推行强制政策往往会面临诸多问题。但是，只有通过强制部署才能有效地为 DAC 发展创造市场机制 , 迫使相关企业继续为 DAC进行投资，否则它们会忽视或拒绝。在国际层面，先行国家可以组成一个国际联盟类似于气候俱乐部组织，各成员就制定低碳燃料标准、强制部署政策和监管措施等签订协议，并执行定期审查和监督。另外，除了 “激励强制 ”政策，政府还可以通过支持项目研发、采购相关产品等额外措施来促进 DAC的发展。为保障低碳技术转型能够在调控气候变化中真正发挥作用，政策序列的制定还需考虑先行者如何影响跟随者来推动该技术的全球扩散。通过对建筑节能、可再生能源、 DAC、电动汽车这四种低碳技术各自对市场的依赖和影响程度进行分析，发现它们的全球扩散效应依次增强（图 2）。 DAC技术的全球扩散机制与可再生能源和电动汽车相似，但也有区别。石油与天然气巨头作为 DAC技术的主要先行者，除了可以通过示范作用和降低成本来影响跟随者外，还可以快速实现知识与技术的跨国转移。但是， DAC并不属于石油企业的核心技术，因此它们可能只在需要的地方而非全球范围内开展 DAC项目。相比之下，电动汽车技术则可以通过市场扛杆实现快速的全球转移，因为汽车制造商通常在全球范围内研发和制造新型产品，一个市场的创新很容易复制到全球所有主要市场；电力公司作为可再生能源先行者，行业性质决定了其影响力主要体现在示范和成本方面，而向他国市场扩散的潜力有限。综上所述， DAC的全球扩散不能依赖市场杠杆效应，而应通过持续的 “激励＋强制 ”政策促进 DAC在类似可再生能源政策落地的国家或地区进行大规模部署。图2 建筑节能、可再生能源、DAC与电动汽车技术转型的全球扩散效应（Meckling and Biber, 2021）。在所有低碳技术转型中，先行者都可以对跟随者产生示范作用demonstra tion effects，通常还能降低跟随者的技术成本（ cost effects）；在某些情况下，先行者还可以通过企业杠杆（corporate leverage effects）和市场杠杆（ market leverage effects）带动跟随者参与新技术的全球扩散本研究认为大规模部署 DAC是一个务实可行的气候调控措施 , 并描绘了一个比较清晰的发展政策路线图 , 对于有意愿布局 DAC技术的国家或组织具有借鉴意义。虽然目前 DAC 的发展仍然存在一些关键制约，面临一定程度的不确定性，如高昂的成本、可扩散性尚未得到证明以及潜在负面效应还需进一步研究等（ Fuss et al., 2018），但这也为先行国家掌握最成熟 DAC技术、拥有知识产权、在未来获取经济利益提供了先机。近年来，欧美发达国家已纷纷开始 DA C技术的研发、示范和商业化（ National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine, 2019）。我国从国情出发实行的是 “节能减碳，能源转型 ”为核心的低碳发展战略，对 DAC等负排放技术的研究还十分不足。在当前 “ 碳中和 ”目标下，我国应尽早启动和制定负排放发展战略，加强相关技术的创新和储备，为更好参与全球气候治理和保障国内经济增长提供有利条件。主要参考文献 Fuss, S. et al. Negative emissionsPart 2 Costs, potentials and side effects[J]. Environmental Research Letters, 2018, 13 063002. Masson-Delmotte V, Zhai P, Portner H O, et al. Global Warming of 1.5℃ SR15[R]. IPCC, 2018. Meckling J, Biber E. A policy roadmap for negative emissions using direct air capture[J]. Nature Communications, 2021, 121 1-6. National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine. Negative Emissions Technologies and Reliable Sequestration A Research Agenda[M]. Washington, DC The National Academies Press， 2019. World Bank. State and Trends of Carbon Pricing[M]. Washington, DC World Bank, 2020. 撰稿武恩鹏 , 孙会国 /新生代室