作者 | 袁漪琳
出品 | 虎嗅科技組
題圖 | IC photo
二氧化碳是氣候危機的頭号麻煩。現在，一個更有想象力的挑戰是：用它來發電、儲能或者幹點别的？
幾天前剛憑借對環保和太空探索榮膺《時代》雜志“年度人物”的馬斯克，一如即往地不放過任何一個開腦洞的機會——宣布SpaceX已經開啟了一項旨在從大氣中清除二氧化碳的計劃，其制作為火箭燃料，還補充道“這對火星也很重要”，畢竟二氧化碳占火星大氣比重高達95%。
據彭博社報道，這一想法會涉及一項仍處于早期開發階段的新技術——直接空氣捕獲（DAC），運用化學物料過濾二氧化碳。而據世界銀行2019年的統計，使用DAC技術擷取的每一噸碳要付出100～1000美元的成本。類似的“黑科技”，技術難度大、高昂的成本無法靠市場消化，想要真正落地推廣就必然要先挺過漫長的“死亡之谷”。
沒有鈔能力，何來執行力？
今年2月，馬斯克啟動了獎金高達1億美元的獎項XPrize Carbon Removal，用來鼓勵科研隊伍研發碳清除技術。不久前，該項目中的500萬美元獎金已經頒給了23個學生團隊（其中包括來自中國的東北大學團隊），獲獎的方案主要解決的是兩方面問題：清除，以及測量和檢驗二氧化碳。
“火星人”并非第一個認識到“碳清除”重要性的有心者。
碳捕集，是前景還是雞肋？
早在上個世紀20年代，碳捕集的技術就在天然氣儲氣層開發的時候出現。
70年代初期，美國德州的油田開始把二氧化碳注入油田，因為二氧化碳在原油中混相，即溶解度高，使得原油粘性下降、體積膨脹，能有效提高油田的采收率（Enhanced Oil Recovery，簡稱EOR），後來逐漸發展成一套成熟的采油方式。而将原油抽采過程中帶出的二氧化碳進行回收回注，就可以将二氧化碳封存在儲層中，減少溫室氣體進入大氣環境。CO2驅油、滅火、制作化工産品等，是目前捕獲的二氧化碳的最重要的應用場景。
碳捕集、利用和封存裝置把工業活動排放的高濃度二氧化碳經過捕集、壓縮、運送到封存地點，灌注入岩層中。聯合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）在2014年的報告裡就提到了CCS技術對控溫目标的重要性。據國際能源署統計，從2017年以來全球陸續新增了超過30個綜合CCUS部署，主要分布在歐美地區還有中國、南韓、紐西蘭等國家。
2021年5月18日，國際能源署的《2050年淨零排放：全球能源行業路線圖》報告指出：
2050淨零排放情景中，CCUS減排量将從目前的4000萬噸/年，增加到2030年的16億噸，到2050年捕集76億噸/年。到2050年與能源相關的工業過程中，40%的碳排放可以通過CCUS技術消除。
自從去年9月份國家提出碳達峰碳中和目标後，國内碳捕集、利用和封存技術（CCUS）的發展也從幕後走到熱鬧的台前。
中國石油新聞中心12月14日消息，國家能源集團江蘇泰州電廠的二氧化碳捕集項目開工在即，作為國内規模最大（50萬噸）的示範建設裝置，項目總預算高達3.86億元，捕集到的二氧化碳主要将應用于油田驅油。
西北大學地質學系教授、二氧化碳捕集與封存技術國家地方聯合工程研究中心執行主任馬勁風告訴虎嗅，目前不少能源和工業企業都認識到了CCS是唯一的減排手段，對此準備積極。
能源企業中已經在開展CCS的包括：國家能源集團陝西國華錦界電廠、華能集團上海石洞口第二電廠，中石油、中國石化、中國海洋石油、延長石油。水泥和鋼鐵行業應用CCS的有海螺集團安徽白馬山水泥廠、寶武鋼鐵集團等。
具體到重點省份，比如陝西，就有長慶油田、延長石油兩大油田公司開展CO2驅油示範。今年六月，國能集團錦界電廠成功完成15萬噸/年燃燒後捕集設施安裝，規模屬國内最大。在諸多試驗田中，陝西作為資源大省——全國石油天然氣第一大省，煤炭第三能源大省，是中國CCUS示範項目最多、CCUS産業鍊、供應鍊最完善的地區——80%以上的材料、裝備可實作自主制造。
CCS難達預期，誰之過？
不僅是中國，亞洲各國的政府和企業對CCS的依賴程度正在提高，但盡管如此亞洲投資人團體氣候變化委員會（AIGCC）的一項分析仍然發出警告，認為未來數十年内亞洲的CCS部署可能在經濟和實施上難以達到預期目标。此前也有研究統計，截至2020年全世界每年的碳封存總量不到40Mt，與年碳排量（約34000Mt）相比簡直九牛一毛，可見CCS的應用仍有局限。
成本高是繞不開的因素，一般的企業和資本難以對CCS高投入，從本文開篇馬斯克大展“鈔能力”入局足以見得。AIGCC報告指出，與成本持續下降的可再生能源、儲能技術等替代方案相比，到2040年CCS仍會一直面臨成本上缺乏競争力。
相比之下，光伏和風電之是以能夠發展出今天的規模，一方面是技術門檻相對低，另一方面離不開近十年來的政策補貼。
馬勁風教授認為，風光發電的每度電激勵基本上相當于每噸CO2有幾百元補貼，如果能獲得這樣的補貼，CCS也是完全可以盈利的。相比之下，美國有激勵CO2地質封存的45Q抵免稅法案支援、挪威有碳稅迫使企業開展CCS，加拿大也有不同省份的激勵政策。是以，我們總體上仍需要激勵政策，提高研發投入。
此外，AIGCC認為，大規模部署CCS還需要面臨“包括環境風險、技術挑戰、缺乏資金、社會反對以及政策不确定性”等多方面挑戰。
也有國際環境機構人員向虎嗅透露，他們對CCS的态度相對保守，恐其助長“事後補救”的路徑依賴，相比之下會優先提倡推廣可再生能源，從發電和工業生産的源頭就不排碳。
不過，鑒于風電、光伏等可再生能源在一段時間内難以替代煤電的能源“壓艙石”地位，且隻能替代部分化石能源，減少排放，并不能減少累積在大氣中的CO2。
馬勁風教授更看好CCS的應用。“隻要有‘碳中和’，就一定需要抵消排放的CCS技術，”他表示，“CCS不僅是對煤電、煤化工的唯一減排手段，也是處理水泥、鋼鐵、冶煉、垃圾焚燒碳排放的唯一手段。在這些領域即便達到碳中和，我們生活仍然需要水泥、鋼鐵、冶煉、排放垃圾等，就不可避免地要使用CCS。”
另外，實作碳中和後，全球的任務是要清除人類曆史排放，這就需要負排放技術——BECCS和森林碳彙，搭配可再生能源的直接空氣捕集和CO2封存。
CO2，比你想得到的更有用
談到CCS的應用的最後一關——封存，地質條件也是一道天然的限制。地質條件禀賦相對好、CCS發展走在前頭的國家有美國、加拿大、挪威等。據馬勁風教授介紹，鄂爾多斯盆地地質構造穩定，也具有以千億噸計的二氧化碳封存潛力。
那麼除了讓捕集到的二氧化碳“永不見天日”之外，還能不能讓這種不受歡迎的溫室氣體更具商業潛力？盡管目前二氧化碳除了主要在驅油、飲料行業能創造較高産值之外，仍無更多想象力。
一個直接的思路是，讓生之于電的二氧化碳用之于電。
超臨界二氧化碳可以作為熱、功轉換的工作物質用于發電。近日，華能西安熱工院順利試運作了發電功率為5兆瓦的超臨界二氧化碳循環發電機組。也就是讓超臨界二氧化碳替代傳統熱力發電過程中水蒸汽的作用。有研究發現，和水蒸汽驅動渦輪機相比，超臨界二氧化碳循環系統發電站更具優勢：比如熱電轉換效率高，裝置能量密度高，可以配備體積小、級數小的渦輪，體積可以是傳統蒸汽系統的1/30。
圖源：Energy Dome
在運用二氧化碳做儲能電池方面，意大利初創公司Energy Dome也已經把腦洞付諸實作。
Energy Dome開發的系統先是壓縮二氧化碳，再把氣體加熱成300℃的液體，提取并儲存熱量，而氣體被冷凝成液體形式儲存。通過壓縮或冷凝縮減空氣的體積，然後讓它迅速膨脹到自然狀态，驅動發電渦輪機來發電。
對于投資人和使用者端最關心的成本問題，Energy Dome聲稱，他們開發的二氧化碳電池系統的平準化存儲成本（LCOS）已經低于每兆瓦時100美元，相較于锂電池儲能在成本上大有優勢。
根據法國拉紮德投資銀行的資料，大型锂電子電池的LCOS則約為每兆瓦時132-245 美元。Energy Dome希望在未來幾年内能把LCOS繼續降到接近每兆瓦時50美元。
顯然，對于二氧化碳的捕集和應用，國内外的技術腳步都沒有遲疑，至于如何穿越“死亡之谷”，總得一步一步走走看。