减缓气候变化的最佳方式是迅速将能源生态系统从化石燃料能源转变为可再生清洁能源。然而，这并不适用于任何地方，即使更雄心勃勃的脱碳方案也将在未来几十年继续依赖化石燃料。

联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）——联合国负责推进人类引起的气候变化的机构——已经制定了四种未来主要的CO₂排放和缓解方案，以帮助模拟经济、能源和土地使用系统的演变。根据IPCC的数据，在将全球变暖限制在1.5摄氏度的途径中，本世纪累计需要捕集和封存的CO₂量从最低348千兆吨（Gt）到较高的1200千兆吨（Gt）不等，这取决于化石燃料的使用水平。目前，全球每年排放约37 Gt的CO₂，这表明，如果减少化石燃料的步伐无法达到更积极的效果，那么可能需要通过碳捕集（假设排放量直线上升）实现多达12%-40%的CO₂减排。

正因为如此，碳捕集与封存（CCS）等补充解决方案对于减少碳排放，甚至进一步从大气中去除现有的CO₂都是必要的。事实上，尽管这项技术还处于早期阶段，但在未来30年中，CCS的重要性和可扩展性可能会被低估。

CO₂排放主要来自于化石燃料燃烧，这种情况发生在大型燃烧装置中，例如化石燃料来源的发电厂（固定源），以及更分散的方式，比如通过燃气驱动的车辆和建筑物中的熔炉。此外，工业和资源开采过程也会排放温室气体（GHG）。美国大约一半的排放来自固定来源，这有助于CCS实施。

CCS技术最有效的应用是大型点源，如水泥和混凝土制造商、发电厂和大型工业流程，当然该技术也适用于其他方面。CCS旨在收集和压缩发电厂和大型工业过程中产生的CO₂，并将其运输到一个封存地点，主要是地下，在那里可以实现CO₂长期封存。

另一种碳捕集方法是直接空气捕集（DAC），旨在直接从大气中去除CO₂排放。DAC的好处是可以放置在世界上任何一个可以实现地质封存的地方，并且可以扩展以捕集越来越多的碳，既可以抵消现有的排放，也有可能缩短遗留排放的时间。2020年，世界资源研究所（World Resources Institute）提出，如果该技术能够像太阳能光伏（PV）一样快速部署，并且如果我们在未来几年内开始使用，到2050年，DAC每年可以合理地去除近15亿吨CO₂——相当于一年减少约3亿辆汽车上路。

CCS能够使化石燃料得以继续使用，这在一定程度上引起了争议。然而，即使是最雄心勃勃的可持续发展方案，在未来几十年里，煤炭和天然气也将成为电力结构中的一部分。如上所述，IPCC的大多数方案都将CCS作为碳减排框架中的一个因素。印度和中国的燃煤发电厂的资本存量还很年轻，并将伴随我们一段时间。事实上，今天中国有100多座燃煤发电厂正在建设中。此外，水泥生产和部分农业将保持CO₂密集型。所有这些都突显了捕集、清除或使用CO₂的必要性。

1.     一个价值1万亿美元的产业正在形成？

艰巨的任务意味着巨大的市场机遇。根据国际可再生能源机构(IRENA)的设想，要达到1.5摄氏度的气候变化预期，大约20%的减排需要采用某种碳捕集技术。这意味着每年减排73.8亿吨CO₂，根据碳价格(为鼓励减排而向排放方收取的费用)，这将为未来的碳捕集行业带来可观的收入。就碳价格而言，截至2021年4月，瑞典的国家碳税为每吨137美元，是世界上最高的，但自2012年以来，该国的碳排放量仅下降了8%，远低于《巴黎协定》的目标。这意味着碳价格可能需要有意义地提高。假设每吨碳的价格为137美元，1.5摄氏度的升温意味着碳捕集行业的潜在市场总额将达到1万亿美元。

该行业的可扩展性和对重大资本投资的需求，以及碳捕集方面的现有股权投资，解释了石油巨头对该市场的兴趣。理论上，开发碳捕集项目的公司有相当大的收入潜力。例如，埃克森美孚占全球原油市场的2.3%。如果它能以每吨137美元的碳价，以及1万亿美元的潜在市场减排价值，在全球碳减排中占据同样的份额，那么每年的减排收入将达到230亿美元。

2.     碳捕集方法细分

碳捕集一词是指旨在防止温室气体排放到大气中，甚至从大气中去除现有分子的几种相关技术。首先，如何捕集碳？在发电、钢铁和水泥生产设施等固定来源中，碳可以在燃烧前或燃烧后（煤、石油或天然气燃烧之前或之后）或通过氧燃料燃烧（在产生CO₂和水的过程，并从中去除CO₂）被捕集。一旦分离，它可以通过管道运输并封存在地下或在工业中重复使用。

当今，全球只有27个运营中的碳捕集与封存项目，其中13个在美国，捕集的CO₂排放量很小，这就需要在全球范围内增长到数百甚至数千个设施。根据国际能源署（IEA）估计，到2050年，碳捕集技术对能源相关产业碳减排的贡献，需要从2020年的4000万吨CO₂捕集量，上升到2030年的16.7亿吨CO₂减排量，并于2050年实现76亿吨CO₂减排量。

碳捕集与封存（CCS）技术将CO₂视为废物并将其埋在地下盐水层中，这些盐水层是由盐水或盐水饱和的透水岩石组成的深层地质构造，或位于旧油气藏中。世界各地都存在深层盐水层，这些岩层具有相当大的封存能力，足以将大型固定CO₂源的排放物封存至少一个世纪。CO₂还可以与玄武岩发生反应，并在几年内变成石头，从而将其永久封存。

碳捕集与利用（CCU）技术在捕集阶段结束后将发挥关键作用，不是将CO₂封存起来，而是利用捕集的碳，CO₂可用于钢铁、水泥、化学品、燃料和提高石油采收率等。食品工业也可以使用CO₂，例如，在饮料和干冰中，以保持运输货物的低温。还可以用捕集的CO₂来代替原始化石燃料，帮助航空和其他难以直接使用可再生能源的行业实现脱碳。

直接空气捕集（DAC）技术旨在从环境空气中去除CO₂，从而扭转历史碳排放并加速脱碳。在直接空气捕集中，CO₂从大气中被抽走，之后可以封存或重复使用，从而创造循环碳经济。DAC仍处于开发初期，因为它面临着捕集环境空气中浓度极低的CO₂（仅为0.04%）的问题。然而，原则上，DAC具有高度可扩展性，并且具有不依赖于任何特定排放源的优势。这种方法的主要缺点是捕集小浓度碳的高成本和能源需求。

尽管提高DAC的经济效益存在困难，但全球化石燃料持续使用带来的挑战表明，有必要将其纳入其他碳捕集技术中。IEA的可持续发展设想为DAC设定了一个有意义的角色。

3.     为碳捕集提供越来越多的政策支持

政府和私营部门将共同推动碳捕集的增长。2021年10月，美国能源部拨款2000万美元帮助各国部署碳捕集和封存。澳大利亚政府在这项技术上的投资超过3亿澳元，为期10年。挪威政府为北极光项目提供了17亿欧元的资金，这是Equinor（原挪威国家石油公司）、Shell（壳牌）和Total（道达尔）的一个开创性联合项目，旨在在奥斯陆峡湾地区的工业工厂（水泥和废物转化为能源）捕集CO₂，压缩并通过船舶和管道运输，永久封存在北海海床下方2500-3000米的储层中。

美国根据45Q法案为碳封存提供税收抵免，以鼓励对碳捕集项目的投资。截至2018年，该税收抵免涵盖了CO₂和碳氧化物，市场上对总抵免额的限制已经取消。对于某些类型的纳税人来说，需要捕集的碳量阈值已经降低。2021年“建立更好的（BBB）法案”旨在扩大45Q法案的支持力度，提高70%到每吨CO₂抵免85美元。虽然BBB法案的未来尚不确定，但45Q税收抵免在国会获得了两党的一定程度的支持。DAC项目也符合加利福尼亚州的低碳燃料标准（LCFS），即使该项目位于加利福尼亚州以外。

4.     石油巨头和工业天然气公司拥有专业知识和动力，少数创新者拥有技术和焦点

在私营方面，石油巨头在全球领先CCUS投资，碳捕集可能是石油和天然气公司如何应对能源转型的关键部分。主要参与者包括老牌能源和材料公司，以及他们经常与之合作的少数创新私营公司。其中包括分别来自加拿大和瑞士的两家领先的DAC公司Carbon Engineering和Climeworks，它们是这个新兴行业值得关注的重要名字。

在石油巨头中，埃克森美孚、雪佛龙和道达尔在碳捕集方面处于领先地位。埃克森美孚目前在怀俄明州拥有碳捕集和封存设施，每年能够捕集700万吨CO₂；卡塔尔与卡塔尔石油公司（Qatar Petroleum）合作，每年能够捕集210万吨CO₂；澳大利亚与雪佛龙和壳牌合作开发Gorgon CCS系统，每年可捕集400万公吨。埃克森美孚还在休斯顿工业区拟建了一个碳捕集中心，该公司估计，到2040年，该中心的全面实施将每年封存1亿吨CO₂，此外还有加拿大、荷兰、比利时、苏格兰、新加坡和法国。

澳大利亚的Gorgon CCS系统由雪佛龙领导，将CO₂从该公司的液化天然气设施输送并注入巴罗岛下两公里处的砂岩地层中，并在那里永久封存。该项目仍在扩大规模，但其CO₂封存的年容量相当于每年减少100万辆乘用车。

美国西方石油公司（Occidental Petroleum）是另一家在碳捕集方面取得进展的综合性石油公司。其子公司Oxy Low Carbon Ventures正与位于休斯顿的Cemvita Factory合作，该公司开发了一种基于光合作用的工艺，使其能够从任何来源获取CO₂，并将其转化为多种产品。该项目将CO₂转化为生物乙烯，西方附属公司OxyChem可将其用作生产各种塑料（如泡沫和PVC管）的原料。Oxy Low Carbon Ventures还通过其子公司1PointFive与Carbon Engineering合作，在德克萨斯州建立了一个大型商业DAC设施。

就Carbon Engineering而言，它还与一家独立的碳减排和清除公司Storegga合作，在苏格兰建立一个DAC设施，旨在每年从大气中清除50万到100万吨CO₂。清除100万吨CO₂相当于4000万棵树的CO₂清除能力。

在碳捕集发展的早期阶段，小型创新公司的普遍存在，在一定程度上表明了随着技术规模的扩大，未来几十年可能会吸引投资者注意的各种参与者。

空气产品和化学品（APD）、林德（Linde）和液化空气（Air Liquide）等工业气体公司也在开发碳捕集技术方面发挥了关键作用，更重要的是，它们在降低相关成本方面发挥了关键作用，并可能继续在其增长中发挥重要作用。

APD在其位于德克萨斯州Arthur港的Valero炼油厂有两个大型碳捕集系统，这两个系统是2013年开始的，每年捕集100万公吨CO₂，用于提高石油采收率（EOR）。

Linde为工业CO₂排放者提供碳捕集解决方案，如具有燃烧前、富氧燃料燃烧或燃烧后捕集选项的发电厂。

液化空气集团正与道达尔能源（TotalEnergies）合作，在法国诺曼底建立一个大型CCS设施，帮助解决Le Havre工业区的排放问题。部分CO₂将由北极光项目运输和封存。

5.     碳捕集的经济学

成本和激励需求是广泛采用CCUS和DAC的最大障碍。在占美国CO₂排放量约一半的市场固定捕集方面，美国国家石油委员会2019年12月的一份报告表明，以每吨100美元的CO₂价格，捕集和封存美国8.5%的CO₂排放量（约4.5亿吨）可能是经济的。然而，考虑到美国目前没有一个一致的CO₂定价机制，需要45Q税收抵免扩展，以促成该行业的出现。随着碳捕集规模的扩大，我们预计随着时间的推移，成本会大幅降低。

鉴于现有基础设施的存在，在美国墨西哥湾沿岸拥有广泛业务的石油巨头以及工业天然气公司在这一领域处于领先地位。具体而言，美国拥有全球约85%的CO₂管道设施，超过5000英里。该管道网络主要位于墨西哥湾沿岸，以及德克萨斯州和新墨西哥州的二叠纪盆地。目前通过该管道网络输送的CO₂是人为排放CO₂和开采天然CO₂的混合物，主要用于提高石油采收率。

这一基础设施的存在是APD公司宣布在路易斯安那州东部投资45亿美元，建设蓝色氢气生产和分配项目的关键原因之一，该项目是世界上最大的碳捕集和封存项目。除了向墨西哥湾沿岸的客户销售蓝色氢气（使用CCS从天然气中生产的氢气）外，APD预计将部分产品出口给海外客户，用于重型运输的脱碳。

如上所述，DAC的经济性比固定式CCUS更具挑战性。Climeworks目前正在冰岛运营其示范规模的Orca工厂，每年捕集4000吨。该设施的运营成本估计高达700-900美元/吨CO₂，更不用说资本成本了。然而，随着Climeworks在2023年扩建其规模至更大的3.5万吨/年工厂，并最终在2028年迁至100万吨/年综合体，成本预计将大幅下降。按照这个规模，成本预计将下降到每吨100至200美元。

同样，Carbon Engineering正在加拿大运营一家DAC示范工厂。它还在德克萨斯州开发一个大型设施，拥有15个点，每年将捕集100万吨CO₂。工厂的成本未披露，但我们估计运营成本在每吨200至300美元之间。CarbonEngineering认为，通过规模化和复制，它可以以每吨100美元的价格捕集CO₂。

结论

碳捕集技术一直备受争议，因为它可以使以化石燃料为基础的能源继续使用，并可能分散人们对向100%可再生能源电网转移的努力的注意力。然而，对化石燃料的需求可能会在未来十年或更长时间内继续增长（尽管增长率较低），化石燃料将在很长一段时间内仍然是能源生态系统的一部分。因此，碳捕集可以发展成为一个每年价值高达1万亿美元的主要全球产业。我们预计，投资者、活动人士、公司管理团队和决策者在未来几年将越来越多地参与这项技术。