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神奇的「捕碳」新科技 会是一门好生意吗?

来源:极客公园前沿社2021/10/9 13:38:53我要投稿

北极星碳管家网讯:去年 1 月,微软宣布要在 2030 年实现碳负排放,到 2050 年,从大气中消除自 1975 年公司成立以来所有的碳足迹,包括直接排放或因用公司用电产生的排放。这个计划的挑战性大到被称作微软的「登月计划(moonshot)」。

联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)也曾提出:要将全球变暖限制在比工业化前水平高 1.5°C 的范围内,二氧化碳排放清零是不够的,还需要从大气中去除现存的二氧化碳。

根据 IPCC 和麦肯锡的说法,到 2030 年和 2050 年分别需要清除 1.6-3.0 Gt(1 Gt=10^9 吨)和 5-10 Gt 二氧化碳。这个任务非常艰巨,特别是去年全球清除的二氧化碳仅有 40 吨。

但好消息是碳清除这类技术已经吸引了更多人的注意,碳清除领域的新技术突破和投资增长已经在加速,「零碳」时代或许也没那么遥远。

01 碳清除领域的机会格局

一般来说,碳清除的基本方法可以分为两大类:自然气候解决方案和碳清除负排放技术。自然气候解决方案是利用生物过程提高对二氧化碳的消耗,并在森林、土壤或湿地中储存起来,因此解决方案是种植森林、土壤封存等;碳清除负排放技术是直接从空气中去除碳。

碳清除市场的机会在于,前途广大而且并不是赢家通吃,因为目前各类解决方案的价格和质量之间存在权衡:

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碳清除解决方案分类及成本(From Goldman Sachs, Vivid Economics)

成本最低的解决方案往往具有负面属性,比如尽管种植森林是当今成本最低的碳清除解决方案,但它的持久性较低,尤其是在野火多发地区。而直接空气碳捕获和储存(Direct air capture and storage),简称 DACS 技术可以近乎永久性的去除二氧化碳,同时还可以捕获可利用的商品二氧化碳,但目前成本不大合算。

因此很多新兴碳清除技术也在想方设法降低投入成本。例如,美国碳清除初创公司 Noya 正在构建一个 DACS 解决方案,利用现有的冷却塔基础设施来降低空气接触器的费用。伦敦的可再生能源创新公司 Mission Zero 开发了电渗析技术,该技术使用低成本、清洁的电力运行,无需热溶剂再生。

不难想象,到 2030 年,碳清除技术市场会蓬勃发展且更多样化。

02 DACS,新一代碳捕集技术

直接空气碳捕获和储存(Direct air capture and storage),简称 DACS,是少数可以从大气中直接清除二氧化碳的技术。DACS 技术可以形象地理解为工业「光合作用」,就像植物通过光合作用将阳光和二氧化碳转化为糖一样,DACS 系统通过风扇和过滤器从大气中去除二氧化碳。

这个系统有液态和固态之分。用工业级风扇将空气吸入 DACS 系统,液体 DACS 系统使空气通过化学溶液,该溶液去除二氧化碳并将其余空气返回到大气中;固体 DACS 系统在覆盖有化学试剂的过滤器表面捕获二氧化碳,然后在那里形成化合物。新化合物被加热,释放出被捕获的二氧化碳并将其与化学试剂分离,然后可以回收利用。

捕获的二氧化碳可以在非常高的压力下压缩,并通过管道泵入深地质层。这种永久存储过程称为「隔离」。或者,可以在低压下泵送二氧化碳以立即用于商业过程,例如碳酸饮料或水泥制造。

世界各地空气中的二氧化碳浓度都相同,因此 DACS 工厂可以建在任何地方。目前全球有 15 家 DACS 工厂在运营——其中 Climeworks 在瑞士、冰岛和意大利运营着 3 家。这些小型工厂每年总共可捕获约 9,000 吨二氧化碳。

大气中二氧化碳的浓度仅为 0.04%,非常稀,所以清除或储存二氧化碳是很难的,所以 DACS 的成本远高于其他一些二氧化碳捕集技术,每公吨约 200 至 600 美元。工作过程中还需要大量能源,这都是这种技术不可忽视的缺点。但相对的,灵活、可拓展也是这种技术存活的理由。

根据美国一家风投公司 Piva Capital 贡献的视角,他们会以商业模式为维度去看待碳清除技术,一般有集中式与分布式两种。基础设施投资者更擅长建设集中的资本密集型项目,而风险投资者可以帮忙扩展产品和技术支持的解决方案。

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集中式和分布式碳清除项目(From Piva Capital)

以 DACS 技术为例,石油巨头正在利用加拿大的清洁能源公司 Carbon Engineering 和美国的 Global Thermostat 公司的技术来构建集中式项目。而风险投资者正在探索更多模块化、分布式的方法,如 Mission Zero 和 Noya。这些分布式商业模式降低了基础设施项目固有的技术放大风险,并且可以通过灵活选址降低运输成本。

03 目前最大的 DACS 公司 Climeworks

前文提到的 Climeworks 成立于 2009 年,是一家专门从事 DACS 技术的瑞士公司,今年年初它入选了微软的碳去除产品矩阵。

微软为 Climeworks 在冰岛的首个商业规模、完全可再生的直接空气碳捕获和储存工厂提供了资金。Climeworks 的新工厂名叫 Orca,据说它每年将能够吸收 4,000 吨二氧化碳。

Orca 工厂出奇的紧凑。想象一下,一个集装箱,打开它的一侧,就露出十二个巨大的风扇。Orca 工厂基本上只有八个这样的容器,并且两两堆叠。

Climeworks 使用 DACS 的原理来捕获二氧化碳,此外它还与 Carbfix 公司合作,将捕获的二氧化碳安全地锁在冰岛的玄武岩地层中。在碳封存技术上,Orca 是两家公司实验成功后的第一次商业规模运营。

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Climeworks 位于冰岛 Hellisheidi 的 Orca 工厂

微软为 Climeworks 在冰岛的首个商业规模、完全可再生的直接空气碳捕获和储存工厂提供了资金。Climeworks 的新工厂名叫 Orca,据说它每年将能够吸收 4,000 吨二氧化碳。

Orca 工厂出奇的紧凑。想象一下,一个集装箱,打开它的一侧,就露出十二个巨大的风扇。Orca 工厂基本上只有八个这样的容器,并且两两堆叠。

Climeworks 使用 DACS 的原理来捕获二氧化碳,此外它还与 Carbfix 公司合作,将捕获的二氧化碳安全地锁在冰岛的玄武岩地层中。在碳封存技术上,Orca 是两家公司实验成功后的第一次商业规模运营。

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碳封存技术

Carbfix 认为 Orca 捕获的二氧化碳可以安全地在冰岛隔离数千年。虽然玄武岩几乎哪里都有,但火山活跃的冰岛特别适合储存二氧化碳,因为它的玄武岩年份短。新鲜玄武岩是存储二氧化碳的好载体,因为它的多孔性更强,碳有更多的角落和缝隙可供填充。

Orca 的竞争优势是,可以相对灵活地将 Orca 选址在储存二氧化碳的同一个偏远地点,并且靠近地热能发电厂,为该发电厂提供持续的废热和可再生能源供应。未来几年,更大的直接空气捕获工厂计划在德克萨斯州和苏格兰上线。

微软既是 Climeworks 的投资者,也是客户,它去年承诺到 2050 年消除其所有历史碳排放量。微软以每吨 600 美元左右的价格从 Climeworks 购买捕获的二氧化碳,购买一吨就抵消一吨碳排放。仅在 2020 年,微软就排放了相当于 11,164,000 公吨的二氧化碳。算下来,微软将因一年的污染而面临近 67 亿美元的账单。可见,这种技术的目前的经济意义还非常微小。

美国经济学家和社会理论家 Jeremy Rifkin 曾在《零碳社会》中预测:「碳泡沫将是人类历史上最大的经济泡沫,化石能源文明走向终结,新生态文明时代将要到来,世界政治和经济秩序将发生巨变。」

这个月微软又向突破新能源组织基金 Breakthrough Energy Catalyst 捐赠了 1 亿美元,未来更多的企业会开始致力于清除碳足迹,新账旧账一起算,「碳泡沫」也许真的会来,而零碳社会到来之前我们也许还会遇到很多问题。


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