碳捕获和利用技术是减少二氧化碳排放和远离化石资源的解决方案

  • 2021-11-02 18:28:03
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今天,化石碳的提取和利用是地球恒温器的主要控制者。为了缓解气候变化,当务之急是替代化石产品并实施循环碳解决方案以生产基本商品和服务。

虽然关于碳去除的讨论在政治议程上占据重要位置,但我们经常观察到在减少 CO2排放、避免新排放或从大气中去除 CO2 的解决方案之间存在一定程度的混淆。这并不能缓解对任一概念的潜力和局限性的理解,并可能影响公众和政策的接受度1。然而,这些技术中的大多数,如果巧妙地结合起来,将大大有助于实现气候目标。在本文中,我们将讨论碳捕集利用 (CCU) 技术2的作用和气候影响。

CCU 是一个广义术语,涵盖旨在从烟道气或直接从空气中捕获 CO2并将其转化为各种产品(例如可再生燃料、化学品和材料)的过程。数十年来,CO2已经在各种工业过程中使用成熟的技术来生产饮料、肥料等。但今天,处于不同开发和商业化阶段的众多新 CCU 技术旨在缓解气候变化3,4。这些技术有潜力 1) 减少净 CO2排放,2) 去除 CO23) 提供碳密集型和化石基产品的替代品,4) 储存和运输可再生能源,以及 5) 生产适销对路的产品。

临时 CO2封存并不意味着延迟排放,因为首先已避免排放

CCU 通常与碳捕集和封存 (CCS) 混合在一起,而这两个概念明显不同。CCS包括捕获的CO2,运输和储存在地下,而CCU是圆形的办法,转换和存储CO2成基本产品5。根据应用,CO2储存到产品中的持续时间从几天到几百年不等。然而,与 CCS 相比,CCU 不应仅根据产品中的存储持续时间和/或容量进行评估,而应通过对生成的基于CO2的产品的综合生命周期分析进行评估6。如果 CO2基于产品的生产可以比传统产品对气候的影响更低,或者如果在 CCU 产品寿命结束时再次捕获CO2,在这两种情况下,都可以独立于产品中 CO2储存的持续时间来断言气候效益.

CCU 可以永久锁定材料中的 CO2

CO2矿化7,一种新兴的 CCU 途径,允许永久的 CO2存储。这种方法使 CO2与富含矿物质的废物反应形成碳酸盐,这是一种稳定的化合物。因为它利用在废物中可用的化学能,该方法构成了低能量和低成本的装置,以减少排放和永久地锁定CO2转化为有价值的建筑材料,如混凝土,集料,沥青,建筑填料等。基于生命循环分析8,9,所有被认为用于矿化的 CCU 技术都可以减少基于当前最先进技术和当今能源组合的整个产品生命周期的气候影响。

这些基于CO2的材料不仅可以从烟道气或空气中去除 CO2,而且还可以替代碳密集型产品(例如水泥)。目前的数据8,10表明,多达 1/4 的水泥市场可以被矿化产品所取代,这将在全球范围内显着减少建筑材料的碳足迹。

此外,当直接从空气11 中捕获CO2以永久储存在这种材料中时,矿化会产生负排放,因此被视为二氧化碳去除 (CDR) 技术12。

几种碳矿化技术13,14已经在全球范围内商业化,第一条由 CO2基砖制成的路面15已于 2020 年在比利时根特安装。

排放交易体系16的拟议修订现在承认,CO2以化学方式永久结合在产品中,因此在产品的正常使用下不会释放到大气中——如在 CO2矿化中——被排除在交出排放配额的义务。

CCU 是刺激可再生能源转型的解决方案

CCU 技术,通过Power-to-X 原则17,通过促进电力吸收、存储和运输,在支持清洁能源转型方面发挥着至关重要的作用。它是如何工作的?Power-to-X 是指将电能转化为产品,或者换句话说,将电能储存为燃料和化学品等产品。通过这种方法,可以生产合成碳氢燃料(也称为电子燃料),使用可再生电力通过电解水产生氢气,并使其与 CO2反应。例如,来自水泥或钢铁厂的CO2排放可以被捕获并与可再生氢一起使用,以生产可持续的航空燃料18。这允许净减少 CO2工业装置的排放和减少使用化石资源作为航空燃料;如果直接从空气中捕获CO2,该概念还可以导致净零排放,如挪威的 Norsk e-fuel 项目19所设想的那样。

这些基于CO2的可再生燃料是航空、航运和能源密集型行业等难以减排的行业的直接解决方案。它们的体积能量密度比氢高几个数量级,因此更易于运输和储存;它们还具有将可再生能源带入直接电气化不明显的部门的优势,而无需改变存储、分配和使用基础设施。在能源需求低时产生的剩余可再生能源可以提供廉价的能源供应来生产可再生燃料。

这些基于CO2的产品在欧盟绿色协议立法包20中以“非生物来源的可再生燃料 (RFNBO)”的名义得到认可,并且它们在高能和非高能应用中的生产和使用正在被激励作为解决方案减缓气候变化。

下一步是什么?

虽然各级努力首先应该集中在清醒的解决方案和防止温室气体排放上,但 CCU 技术仍然是许多部门的有效解决方案,尤其是对于那些没有其他替代方案的部门。这些技术的大规模部署在很大程度上取决于制定强有力的支持政策框架。因此,我们欢迎最近朝着这个方向采取的步骤(例如 Fit-for-55 包),我们呼吁一致和公平地认可 CCU,因为它导致 CO2排放量的净减少(基于整个生命周期分析),以及何时有助于远离化石资源。

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