生物质能碳捕集与封存（BECCS）在实现碳中和目标中的作用常世彦清华大学能源环境经济研究所2023年4月18日第四届全球生物质能创新发展高峰论坛IPCC1.5℃特别评估报告（2018年）的主要结论气候变化已经不是未来的挑战，而是眼前的威胁：全球气温2017—2018年已比工业化前高出1℃，按照这一排放速度，2040年左右将比工业化前高出1.5℃，2065年左右可能达到甚至超过2℃。实现1.5℃温升控制目标要求从现在起就采取大规模的减排措施：到2030年实现全球净人为CO2排放量在2010年水平上减少约45%，到2050年左右达到净零排放，同时要求非CO2温室气体排放大幅下降。依靠常规的减排措施可能不足以实现温升控制目标，还需要发展碳移除技术以更为快速地实现温室气体减排。生物质能结合碳捕集与封存（BECCS）是当前最受关注的一项碳移除技术，也是一项具有负排放特征的可再生能源技术，有必要对其技术路径、影响因素和可能潜力进行评估。2生物质能耦合碳捕集与封存技术（BECCS）•BECCS是通过捕获生物质能利用过程中的CO2，并将CO2永久封存在地质构造中的一项负排放技术。生物质能结合碳捕集与封存（BECCS）技术包括生物质能利用和碳捕集与封存（CCS）两个阶段。•在负排放技术中，BECCS是目前唯一能够在移除大气中的CO2的同时提供持续的能源供应的技术BECCS示意图（GCCSI，2019）①生物质生长过程吸收CO2②生物质能利用中排放CO2③捕获CO2并封存在地质构造中3BECCS发展规模的2个认识通常而言，•更为严格的减排目标下，未来大规模运用BECCS的可能性就越大，规模化部署的时间点也越靠前；•在相同减排目标下，近中期越是沿着高排放的路径前进，未来BECCS的利用规模也可能越大。引自：常世彦,郑丁乾与付萌,2℃/1.5℃温控目标下生物质能结合碳捕集与封存技术(BECCS).全球能源互联网,2019.2(03):第277-287页.4认识一：减排目标越严格，BECCS发展潜力越大Source:崔学勤,王克,傅莎,邹骥.2℃和1.5℃目标下全球碳预算及排放路径.中国环境科学2017;37:4353-62.•AR5情景数据库（249组2℃情景）•Rogelj等（2015）（37组1.5℃情景）Source：LudererG,VrontisiZ,BertramC,EdelenboschOY,PietzckerRC,RogeljJ,etal.ResidualfossilCO2emissionsin1.5-2degreesCpathways.NatClimChange2018;8:626Fig.Breakdownofcumulative2016–2100CO2emissionsintosectoralRes-FFI-CO2andnegativeCDRcomponents5认识二：剩余化石燃料排放越多，BECCS发展潜力越大6累积的BECCS移除量：0GtCO2累积的BECCS移除量：151GtCO2累积的BECCS移除量：414GtCO2累积的BECCS移除量：1191GtCO2路径分类P1:NoorlimitedovershootP2:NoorlimitedovershootP3:NoorlimitedovershootP4:Higherovershoot2030年生物质能相对于2010年的%-11036-12050年生物质能相对于2010年的%-1649121418到2100年累积的BECCS0GtCO2151GtCO2414GtCO21191GtCO22050年能源作物的土地面积0.2millionkm20.9millionkm22.8millionkm27.2millionkm2IPCC.全球1.5℃温升特别报告6全球主要区域BECCS发展潜力(SSP数据库)引自：郑丁乾,常世彦，蔡闻佳等.温升2℃/1.5℃情景下世界主要区域BECCS发展潜力评估分析.全球能源互联网,2020.3(04):第351-362页.区域包括的国家和地区OECD阿尔巴尼亚，澳大利亚，奥地利，比利时，波黑，保加利亚，加拿大，克罗地亚，塞浦路斯，捷克，丹麦，爱沙尼亚，芬兰，法国，德国，希腊，关岛，匈牙利，冰岛，爱尔兰，意大利，日本，拉脱维亚，立陶宛，卢森堡，马耳他，黑山，荷兰，新西兰，挪威，波兰，葡萄牙，波多黎各，罗马尼亚，塞尔维亚，斯洛伐克，斯洛文尼亚，西班牙，瑞典，瑞士，马其顿，土耳其，英国，美国REF亚美尼亚，阿塞拜疆，白俄罗斯，格鲁吉亚，哈萨克斯坦，吉尔吉斯斯坦，摩尔多瓦共和国，俄罗斯，塔吉克斯坦，土库曼斯坦，乌克兰，乌兹别克斯坦ASIA阿富汗，孟加拉国，不丹，文莱，柬埔寨，中国，朝鲜，斐济，法属波利尼西亚，印度，印度尼西亚，老挝，马来西亚，马尔代夫，密克罗尼西亚，蒙古，缅甸，尼泊尔，新喀里多尼亚，巴基斯坦，巴布亚新几内亚，菲律宾，韩国，萨摩亚，新加坡，所罗门群岛，斯里兰卡，泰国，东帝汶，瓦努阿图，越南MAF阿尔及利亚，安哥拉，巴林，贝宁，博茨瓦纳，布基纳法索，布隆迪，喀麦隆，佛得角，中非共和国，乍得，科摩罗，刚果，科特迪瓦，刚果民主共和国，吉布提，埃及，赤道几内亚，厄立特里亚，埃塞俄比亚，加蓬，冈比亚，加纳，几内亚，几内亚比绍，伊朗，伊拉克，以色列，约旦，肯尼亚，科威特，黎巴嫩，莱索托，利比里亚，利比亚，马达加斯加，马拉维，马里，毛里塔尼亚，毛里求斯，马约特岛，摩洛哥，莫桑比克，纳米比亚，尼日尔，尼日利亚，巴勒斯坦，阿曼，卡塔尔，卢旺达，留尼汪，沙特阿拉伯，塞内加尔，塞拉利昂，索马里，南非，南苏丹，苏丹，斯威士兰，叙利亚，多哥，突尼斯，乌干达，阿拉伯联合酋长国，坦桑尼亚，西撒哈拉，也门，赞比亚，津巴布韦LAM阿根廷，阿鲁巴，巴哈马，巴巴多斯，伯利兹，玻利维亚，巴西，智利，哥伦比亚，哥斯达黎加，古巴，多米尼加共和国，厄瓜多尔，萨尔瓦多，法属圭亚那，格林纳达，瓜德罗普岛，危地马拉，圭亚那，海地，洪都拉斯，牙买加，马提尼克岛，墨西哥，尼加拉瓜，巴拿马，巴拉圭，秘鲁，苏里南，特立尼达和多巴哥，美属维尔京群岛，乌拉圭，委内瑞拉7我国BECCS利用规模或将全球最大Source:Peters,G.P.andO.Geden,Catalysingapoliticalshiftfromlowtonegativecarbon.NATURECLIMATECHANGE,2017.7(9):p.619-621.8我国BECCS的碳减排潜力•国内外学者对我国BECCS发展潜力的多项最新研究显示，中长期我国BECCS发展规模将显著增加，2050年BECCS的年碳移除量约为2~28亿吨CO2（国内学者的估算量约为2-9亿吨CO2）。意味着我国应将BECCS作为实现2060年前碳中和目标的一项重要措施，提前进行战略部署。Source：DuanH,ZhouS,JiangK,BertramC,HarmsenM,KrieglerE,etal.AssessingChina'seffortstopursuethe1.5degreesCwarminglimit.Science2021;372:378.Cross-modelanalysisofdistributionsofmitigationcontributionsunderthewarminglimitsin20509我国BECCS减排的经济效益情景设计•CPS(当前政策情景)•2C-BECCS(实现2℃温升目标下BECCS规模化发展情景)•2C-NoBECCS(实现2℃温升目标不考虑BECCS规模化发展情景)•1.5C-BECCS(实现1.5℃温升目标下BECCS规模化发展情景)•1.5C-NoBECCS(实现1.5℃温升目标不考虑BECCS规模化发展情景)能源经济模型（C-GEM）模型部门子部门农业部门农业(AGR)能源部门煤炭(COAL)原油(OIL)天然气(GAS)成品油(ROIL)电力(ELEC)高耗能部门非金属(NMM)钢铁(I&S)有色金属(NFM)化工(CRP)其他工业部门食品加工业(FOOD)采矿业(Mining)电子装备制造业(ELE)交通装备制造业(TEQ)其他机械（OME）纺织业（TWL）建筑业(CNS)其他工业(OTHR)服务业部门交通运输业(TRAN)公共服务（SER）房地产业(DWE)消费部门政府消费(GOV)家庭消费(HH)10Source：Huang,X.,ChangS.,ZhengD.,etal.,TheroleofBECCSindeepdecarbonizationofChina'seconomy:Acomputablegeneralequilibriumanalysis.EnergyEconomics,2020.92:p.104968.我国BECCS减排的经济效益不同情景下的碳减排边际成本不同情景下的GDP损失1112碳中和目标下的能源相关碳排放引自：张希良等.碳中和目标下的能源经济转型路径与政策研究.管理世界2022;38:35-66.碳中和目标下的能源系统转型2020203520502060核电2%5%10%15%可再生14%29%53%65%煤57%34%17%10%油19%17%12%6%天然气8%14%7%4%13引自：张希良等.碳中和目标下的能源经济转型路径与政策研究.管理世界2022;38:35-66.碳中和目标下的碳移除技术14引自：张希良等.碳中和目标下的能源经济转型路径与政策研究.管理世界2022;38:35-66.主要技术手段对碳中和的贡献15引自：张希良等.碳中和目标下的能源经济转型路径与政策研究.管理世界2022;38:35-66.生物质能耦合碳捕集的不同方式不同生物质能技术路线结合碳捕集的不同方式，例如生物燃料乙醇主要在发酵过程中捕集CO2；生物质气化发电主要通过燃烧前捕集CO2；生物质燃烧发电和供热可以通过燃烧后捕集CO2引自：IEAGHG，201416案例：生物质发电+CCS德拉克斯（Drax）电厂项目名称DraxBECCSproject地点英国北约克郡时间2018年开始实施，2019年开始从100%的生物质原料中捕获CO2捕集量在碳捕集试点期间每天捕获约1tCO2CO2源从燃烧木质颗粒的生物质发电厂中捕获CO2运输方式管道运输封存地点计划运输至北海南部封存，同时也在将捕获的CO2在饮料行业中重新利用或制备动物饲料的可能长期目标建成全球最大的碳捕集项目，到2030年每年移除800万吨CO2DraxBECCSproject目前处于早期阶段，仅捕获二氧化碳，未来将通过管道运输至北海封存https://www.drax.com/tag/beccs-bioenergy-carbon-capture-storage/17案例：乙醇工厂+CCSIL-ICCS项目监测区域IBDP项目乙醇工厂CO2运输管道CO2运输管道IL-ICCS项目项目名称伊利诺伊州工业二氧化碳捕集与封存项目（IL-ICCS）地点美国伊利诺伊州迪凯特（Decatur）时间2017年开始注入捕集量1百万tCO2/年CO2源ADM公司的玉米乙醇工厂运输方式管道运输封存地点西蒙山大约2.1km深的砂岩层中投资总投资2.07亿美元，其中美国能源部负担1.41亿美元，占总投资的68%IL-ICCS项目是另一个BECCS项目IBDP（IllinoisBasin–DecaturProject）的延续，IBDP项目开始于2011年，并在2014年结束，同样从乙醇工厂中捕获CO2，经管道运输至西蒙山的砂岩层中永久封存，目前处于监测阶段。IBDP项目每天捕获1千吨的CO2，在运行的3年期间共捕获1百万吨CO2。https://www.energy.gov/fe/articles/doe-announces-major-milestone-reached-illinois-industrial-ccs-project18全球主要区域BECCS发展潜力•SSP数据库中BECCS的技术路线包括生物质发电、生物质液体燃料以及生物质制氢•生物质发电和生物质液体燃料结合BECCS的发展潜力占比较大，而生物质制氢的占比较小•但是当提高温升目标到1.5℃时，生物质制氢的增加量相对较大引自：郑丁乾,常世彦，蔡闻佳等.温升2℃/1.5℃情景下世界主要区域BECCS发展潜力评估分析.全球能源互联网,2020.3(04):第351-362页.19案例：水泥+BECCS挪威FullChainCCS项目的水泥厂和垃圾焚烧厂挪威FullChainCCS项目BECCS流程项目名称挪威FullChainCCS地点挪威开始时间2013年开始前期试验，计划于2023～2024年进行大规模捕集捕集量两个工厂分别计划在2023～2024年捕集40万吨的CO2CO2源位于泰勒马克郡的HeidelbergNorcem水泥厂（生物质>30%）以及位于奥斯陆的FortumOsloVarme垃圾焚烧厂（约58%生物质）运输方式先用船舶从工厂运输至位于挪威西海岸的临时储存设施，然后通过管道输送至北海封存封存地点北海成本包括建设以及10年期的运行预算为25.7亿欧元20BECCS在钢铁厂的应用TheintroductionofbioenergywithCCScouldtheoreticallyachievecarbon-neutralsteelmaking(consideringthatbioenergycansubstituteover40%offossil-basedCO2emissionsandthatCCScancaptureover60%oftheCO2emissionsthatoccuron-site)withoutasignificantretrofitofasteelplant.Source:Mandovaetal.,201921建议总体来看，规模化发展BECCS技术能够为我国经济社会发展提供负排放空间，为我国2060年前实现碳中和目标提供重要技术支撑。我国需要对BECCS的战略定位，技术路径和发展规划开展系统研究，从资源、技术和风险防控等方面加强综合评估。具体建议如下：（1）加强适用于BECCS的生物质资源评估。构建长时间尺度的生物质资源监测、评价和决策支持体系，加强对农业剩余物、林业剩余物、能源植物等不同类型生物质资源的系统研究。（2）加强适用于BECCS的生物质能技术评估，研究碳中和目标下BECCS技术发展路线图。重点比较生物质发电、燃煤耦合生物质发电、生物质航空燃料以及生物质制氢结合CCS在我国推广应用的可行性和经济性，推进建设全流程、集成化、规模化BECCS示范项目。（3）加快推进BECCS国际技术创新合作。针对全球在规模化部署BECCS上的切实需求，将BECCS列为我国碳中和国际大科学计划和大工程项目的重要内容，以大科学计划和大工程项目等科研组织模式来带动BECCS技术的创新突破。将BECCS作为中美、中欧、中英等双边框架下技术创新合作的重要内容，同时将BECCS纳入“一带一路”技术合作战略框架，系统评价BECCS在“一带一路”国家的适用性、应用潜力与可能影响。（4）构建BECCS风险防控与可持续管理体系。系统评估BECCS技术规模化应用的社会、经济、环境和生态影响与潜在风险，研究部署风险防控与可持续管理体系。谢谢！changshiyan@tsinghua.edu.cn