碳中和道路上的最强辅助?揭开“碳汇”的神秘面纱
来源:
中大商业评论(zhongdareview)

引 言

碳中和旨在实现碳排放和吸收的正负抵消,在“双碳”目标的引领下,许多行业已经形成较为清晰的节能降碳路径。而在碳的吸收端,减碳主体在采取节能降碳手段后仍无法完全消除的剩余碳排放,则需要通过生态固碳、CCUS技术等碳汇工具进行吸收,进而完成碳中和。

中大咨询对碳汇手段进行分类研究,分别探讨生态技术两种固碳方式对于我国实现“双碳”目标的作用意义。


一、固碳方式:不仅仅局限于植树造林

01  生态固碳:多样化的碳汇形式

“汇”有聚集、汇合的意思,顾名思义,碳汇就是把二氧化碳固定在某处,从而减少大气中的含碳量。根据《联合国气候变化框架公约》,碳汇是指通过植树造林、森林管理、植被恢复等措施,利用植物光合作用吸收大气中的二氧化碳,并将其固定在植被和土壤中,从而减少温室气体在大气中浓度的过程、活动或机制。3月30日,习近平总书记在首都义务植树活动时指出:森林是水库、钱库、粮库,现在应该再加上一个“碳库”。提升林草资源总量和质量,巩固生态系统碳汇能力,有利于推动全球环境和气候治理。

生态固碳包括森林、草原、海洋等多种碳汇形式,依靠多个生态系统实现碳吸收,加强生态保护和修复。据统计,全球陆地生态系统和海洋生态系统年均固碳35亿吨和26亿吨,分别抵消了30%和23%的人为碳排放。我国生态碳汇能力也在逐步提升,陆地生态系统碳贮量为792亿吨,年均固碳2.01亿吨,可抵消同期化石燃料碳排放的14.1%,其中森林的贡献约为80%。可见生态碳汇在碳中和愿景中扮演重要角色,碳汇项目将助力我国碳中和工作。

碳中和道路上的最强辅助?揭开“碳汇”的神秘面纱

图 1  生态固碳过程

 

02  人工固碳:碳捕集、利用与封存技术

CCUS(二氧化碳捕集、利用与封存)技术是常见的人工固碳技术手段,由CCS发展而来。CCS(二氧化碳捕集与封存)来源于20世纪70年代在美国兴起的利用二氧化碳驱油以提高石油采收率的技术,我国结合本国实际提出了CCUS的概念,在CCS基础上增加了“利用”环节,即通过工程技术手段将捕集的二氧化碳实现资源化利用的过程,包括地质、化工和生物利用。CCUS是将二氧化碳从工业过程、能源利用或大气中分离出来,直接加以利用或注入地层以实现永久碳减排的技术。CCS与CCUS理念基本一致,都是为了减少碳排放总量,目前CCUS的概念已经获得了世界范围内的普遍认同。

CCUS技术环节及应用场景,中大咨询整理

图 2  CCUS技术环节及应用场景,资料来源:《水泥行业低碳转型技术路线图》(IEA),公开资料整理;中大咨询分析


二、CCER项目:生态碳汇转化为碳交易产品

生态碳汇除了能在吸收二氧化碳方面起重要作用之外,还能转化为可交易的产品,在碳市场上进行交易。CER(核证减排量)是《京都协议书》规定的一种碳交易标的,与碳排放配额一样都是碳交易市场的基础产品,碳配额不足的企业可以通过购买CER来抵减碳排放。我国的CER则称为CCER,仅用于国内市场。

 

01  CCER简介

根据《碳排放权交易管理办法(试行)》,国家核证自愿减排量(Chinese Certified Emission Reduction,简称CCER),是指对我国境内可再生能源、林业碳汇、甲烷利用等项目的温室气体减排效果进行量化核证,并在国家温室气体自愿减排交易注册登记系统中登记的温室气体减排量。也就是说,除林业等生态碳汇外,可再生能源、甲烷利用也是CCER项目的重要组成部分。国家发展改革委作为温室气体自愿减排交易的国家主管部门,负责项目和减排量的备案和登记工作。CCER可用于全国和试点碳市场重点排放单位履约,用来抵扣配额或直接参与碳交易,也可用于企业自身的碳中和,或作为金融资产,开展CCER质押、碳信托等碳金融活动。

全国碳市场背景下允许使用的CCER类型包括可再生能源林业碳汇甲烷利用三种:

可再生能源包括风能、太阳能、水能、生物质能、地热能、海洋能等供电或/和供热的项目。

林业碳汇是根据植物碳汇功能开发的CCER项目,早在2003年,国际社会就已将造林、再造林等林业活动纳入碳汇项目达成了一致意见,制定了新的运作规则,为正式启动实施造林、再造林碳汇项目创造了有利条件,林业碳汇项目极有可能成为CCER开发的热点。现存与林业相关的CCER方法学有5个,其中被使用最多的是AR-CM-001碳汇造林项目方法学,超过总使用次数的60%。

甲烷利用从广义来看,包括煤层气/瓦斯利用、垃圾填埋气利用、工业废水/生活污水处理、养殖粪便处理/垃圾堆肥、农村户用沼气等项目。

 

02  CCER发展历程

2012年之前,我国企业主要通过CDM(清洁发展机制)参与国际碳市场,但随着CER价格不断下跌,CDM项目发展受阻。2012年,中国建立了温室气体自愿减排交易机制,以CCER为碳信用标的。2015年自愿减排交易信息平台上线,CCER进入交易阶段。2017年,CCER项目备案暂缓至今,存量CCER仍在各大试点交易,全国碳市场第一个履约周期可用的CCER均为2017年3月前产生的减排量减排项目。

2013-2017年发改委公示的CCER审定项目共2871个,备案项目861个,减排量备案项目254个(共5000多万吨)。截至2021年9月,CCER累计成交量超过3.34亿吨二氧化碳当量,成交额近30亿元。全国八个碳排放交易权试点地区中,上海位列成交量榜首,广东紧随其后。CCER的价格在20-30元/吨波动。

就CCER未来市场规模而言,以电力行业年度排放量大约为40亿吨的体量、5%的清缴比例计算,全国碳市场可使用的CCER规模年度上限将达2亿吨。若出现供不应求的情况,CCER市场极有可能在未来重启,重启时间和相关政策要求尚不确定。

 

03  CCER核心机制

▪  备案流程

如下图所示,CCER项目备案由项目识别、项目审定、项目备案与登记、减排量备案、上市交易及最终注销六个阶段构成。同一个CCER项目,备案只需发生一次,而减排量备案则会因为所产生CCER的时段不同发生多次。

CCER项目备案流程,中大咨询整理

图 3  CCER项目备案流程,资料来源:天津碳排放权交易所,中国自愿减排交易信息平台,招商证券;中大咨询整理

▪  方法学与减排量计算

国家主管部门一共批准了200个方法学,涵盖了可再生能源发电、甲烷回收利用、造林碳汇等领域,对于项目减排量的计算也做出了明确规定。不同项目适用的方法学不同,例如,对于提高能效项目来说,基准线的计算需要对现有设备的性能进行测量;对于可再生能源项目来说,基准线计算可以参照项目所处地区最有可能的替代项目的排放量。

CCER项目减排量采用基准线法计算,基本思路为假设在没有该CCER项目的情况下,为了提供同样的服务,最可能建设的其他项目所带来的温室气体排放,减去该CCER项目的温室气体排放量和泄漏量,基本公式为项目减排量=基准线减排量-温室气体排放量-泄漏量;此外,碳汇减排量的计算公式为项目减排量=项目碳汇量-基线碳汇量-泄漏量。(其中,项目碳汇量指在项目情景下,项目边界内碳库中碳储量的变化量;基线碳汇量指在基线情景下,项目边界内碳库中碳储量变化量减去温室气体排放的增加量;泄露量是由该造林项目活动导致的、发生在项目边界之外的碳排放量)

基准线研究和核准是CCER项目实施的关键环节。对每个项目而言,计算基准线所采用的方法学必须得到国家发改委的批准,且基准线需得到指定经营实体的核实。

▪  项目计入期

计入期是指项目可以产生减排量的最长时间期限,项目参与者可选择其中之一:固定计入期(10年)和可更新的计入期(3×7年);林业碳汇项目的计入期为20-60年,项目备案成功后,可以持续获得10-60年的碳资产收益。

▪  抵消机制

不同试点碳交易所抵消机制有所区别,最新发布的《碳排放权交易管理办法(试行)》规定,纳入全国碳市场的重点排放单位每年可以使用国家核证自愿减排量抵消碳排放配额的清缴,抵消比例不得超过应清缴碳排放配额的5%,但在地方试点中比例不尽相同,比如广东、天津等为10%,重庆8%等。

 

04  CCER应用案例

▪  中节能乌鲁木齐达坂城20万千瓦风电项目

风电是CCER项目中占比最高的类型,CCER有望为风电运营企业带来发电效益和可观收益。该项目安装了80台单机容量为2.5MW的风力发电机组,总装机容量200MW,属于大规模风电项目。项目选择的方法学为CM-001-V02可再生能源并网发电方法学(第二版),通过测算基准排放量和项目排放量,得出项目从2015年12月27日至2022年12月26日计入期内预计总减排量为259万吨CO2e,在监测期(2015年12月27日至2017年1月31日)内所产生温室气体减排量为13万吨CO2e。通过计算行业平均度电碳减排量,得出风电项目度电碳减排量约为857.5克/千瓦时。以中节能风电为例,计算得到公司2020年度风力发电量为68.2亿千瓦时,以857.5克/千瓦时的平均度电碳减排量进行计算,公司2020年风电碳减排量为584.8万吨。

2020年,在我国率先实行碳交易试点的地区,CCER价格约30元/吨,在不考虑CCER申请过程中相关成本的情况下,假设节能风电2020年风电发电量全部申请CCER,公司预计通过CCER获得1.75亿元的额外收入。

▪  大埔县碳汇造林项目

碳汇造林项目通过开展植树造林工作,增加森林碳汇量、减少二氧化碳含量,同时为企业带来收益。自2012年起,该项目每年分别造林约1850公顷,共计7400公顷。项目选择AR-CM-001-V01碳汇造林项目方法学,通过测算基准排放量和项目排放量,根据公式得出大埔县碳汇造林项目从2012年4月1日至2016年12月31日共减排3.8万吨二氧化碳。CCER价格约30元/吨,碳汇造林项目每年平均可带来114万元的收益。若未来CCER项目审批重启,碳汇造林项目有望为企业带来额外收益。

2022年3月,生态环境部印发了《关于做好2022年企业温室气体排放报告管理相关重点工作的通知》,全国碳市场第二履约周期相关工作启动。由于在第一履约周期中市场存量CCER已基本消耗殆尽,第二履约周期的抵扣机制如何实施、CCER机制何时重启等问题再度引发关注。

综上所述,CCER项目发展可能存在以下难点:其一,我国CCER重启时间不明,增加了项目投资和减排效益的不确定性;其二,通过CCER项目可以抵消的碳减排量较为有限,欧盟碳市场曾出现因使用过多抵消比例的CER而让市场价格低迷的情况,随着价格持续下跌,欧盟在第四阶段(2021-2030年)中取消了减排量抵消机制,因此结合我国实际来看,CCER可能也只是阶段性手段,并不能作为碳中和进程中的长久之计。

 

三、CCUS技术:极有可能是碳中和后期的“大功臣”

01  CCUS对碳中和贡献几何?

碳中和目标的实现要求我国建立以非化石能源为主的零碳能源系统,CCUS作为必不可少的技术路径,减碳潜力巨大,工业利用前景广阔。研究数据表明,2030年,CCUS在不同情景中的全球减排量为1~16.7亿吨/年,平均为4.9亿吨/年;2050年为27.9~76亿吨/年,平均为46.6亿吨/年。在碳中和进程中合理运用CCUS技术,对于推进化石能源利用清洁化、生产过程低碳化具有重大意义。

CCUS是实现化石能源低碳化利用的唯一技术选择。CCUS在促进煤清洁利用方面起重要作用,能够推进油气、燃煤发电、煤化工等行业的发展优化。2019年我国能源消耗结构中煤炭占比高达58%,化石能源仍将在我国能源体系中长期扮演重要角色,在能源结构转型过程中,利用CCUS技术实现化石能源的低碳化利用是保障近零排放的主要技术手段。

CCUS是钢铁、水泥等难减排行业实现碳中和的兜底技术保障。根据IEA发布的2020年钢铁行业技术路线图和水泥低碳转型技术路线图,未来至2050年,钢铁行业在采取改进工艺方式、提升生产效率等减排手段后,仍剩余34%的碳排放量,而水泥行业碳减排潜力约50%依赖碳捕集利用技术,加之此类行业具有特殊的技术特点,无法完全依靠能源结构的调整实现碳中和,因此CCUS是难以减排行业实现净零排放极少数可行的技术方案之一。

 

02  CCUS技术全球发展概况

《全球碳捕集与封存现状2020》报告指出,对于脱碳难度较大的行业,采用CCUS技术可有效助力节能减排。截至2020年底,全球共部署CCUS项目65项,其中26项正在运行,每年可捕集和永久封存约4000万吨二氧化碳。CCUS技术部分设施自1980年起投入运行,在部分工业领域应用已久,例如上世纪美国德克萨斯州ValVerde地区的天然气加工厂就已经开始向当地石油生产商供应二氧化碳以提高石油采收率。

随着各国政府和企业纷纷制定净零排放目标,CCUS技术增长势头不断加强。IEA预测,至2030年,CCUS的捕碳能力需增至每年16亿吨,才能与2050年实现净零排放保持一致。要实现全球气温升幅控制在2℃以内的目标,9%的碳减排需要依靠CCUS;要实现1.5℃以内的目标,32%的碳减排任务需要依靠CCUS。预计至2050年,CCUS将贡献约14%的二氧化碳减排量。然而,由于成本较高等因素的制约,CCUS至今尚未实现大规模商用。

 

03  中国CCUS技术发展现状

▪  我国CCUS技术项目逐渐趋向规模化、产业化

我国目前已投运或建设中的CCUS示范项目达40个,捕集能力300万吨/年。中国CCUS技术项目遍布全国19个省份,但多以石油、煤化工、电力行业小规模的捕集驱油示范为主,缺乏大规模的多种技术组合的全流程工业化示范。《中国CCUS年度报告(2021)》指出,碳中和目标下我国2030年CCUS减排需求为0.2亿~4.08亿吨,市场规模将突破千亿。

中国已经具备大规模碳捕集、利用与封存的工程能力,正积极筹备全流程CCUS产业集群。例如,国家能源集团鄂尔多斯CCS示范项目已成功开展了10万吨/年规模的CCS全流程示范;中石油吉林油田EOR项目是亚洲最大的EOR项目,累计已注入超过200万吨二氧化碳;中石化于2021年7月正式启动建设我国首个百万吨级CCUS项目(齐鲁石化-胜利油田CCUS项目)。

中国的CCUS各技术环节均取得了显著进展,部分技术已经具备商业化应用潜力。就捕集技术而言,燃烧后捕集技术是目前最为成熟的捕集技术,可用于大部分火电厂的脱碳改造,国华锦界电厂开展的15万吨碳捕集与封存示范项目正在建设,是目前中国规模最大的燃煤电厂燃烧后碳捕集与封存全流程示范项目。富氧燃烧技术是最具潜力的燃煤电厂大规模碳捕集技术之一,产生的二氧化碳浓度较高(约90%~95%),更易于捕获;该技术发展迅速,可用于新建燃煤电厂和部分改造后的火电厂。

▪  典型案例:中国石化建成我国首个百万吨级CCUS项目

今年年初,我国首个百万吨级CCUS(二氧化碳捕集、利用与封存)项目——齐鲁石化-胜利油田CCUS项目建成中交,该项目是中国石化建设的国内第一个百万吨级CCUS项目,涵盖碳捕集、利用和封存等环节。

项目投产后每年可减排二氧化碳100万吨,相当于植树近900万棵、近60万辆经济型轿车停开一年,预计未来15年可实现增产原油296.5万吨。这是目前国内最大的CCUS全产业链示范基地和标杆工程,对我国CCUS规模化发展具有重大示范效应,对提升我国碳减排能力具有重要意义。

碳中和道路上的最强辅助?揭开“碳汇”的神秘面纱

图 4  齐鲁石化-胜利油田CCUS项目技术路线图,资料来源:《流程工业》杂志;中大咨询整理

该项目于2021年7月启动建设,由齐鲁石化二氧化碳捕集、胜利油田二氧化碳驱油与封存两部分组成。齐鲁石化捕集的二氧化碳采用绿色运输方式,送至胜利油田进行驱油封存,实现了二氧化碳捕集、驱油与封存一体化应用,把二氧化碳封在地下,把油驱出来,做到“变废为宝”。

在碳捕集环节,齐鲁石化新建100万吨/年液态二氧化碳回收利用装置,回收煤制氢装置尾气中的二氧化碳,提纯后纯度可达99%以上;在碳利用与封存环节,已建成10座无人值守注气站,向附近73口井注入二氧化碳,增加原油流动性,大幅提高原油采收率,同时油气集输系统全部采用密闭管输,进一步提高二氧化碳封存率。

▪  CCUS技术面临成本、技术和政策挑战

CCUS作为新兴的固碳技术,可依附于既有技术路径实现产业化,且相较于传统CCS技术有更为可观的经济效益。然而,较高的研发资源投入使许多企业望而却步,未来CCUS的广泛应用需要解决成本因素的制约,同时也离不开针对性政策的支持。

CCUS项目的投资、运营成本较高,且受到地质条件和应用场景的约束。中国CCUS发展年度报告预计至2030年,CO2捕集成本为90~390元/吨,2060年为20~130元/吨;2030年CO2封存成本为40~50元/吨,2060年封存成本为20~25元/吨。CCUS在美国和欧洲等地发展较快,得益于政策的税收和财政支持,但目前在我国难以做到大规模普及和商业化。

目前,我国CCUS全流程项目和范围较小,并且受现有CCUS技术水平的制约,在部署时将使一次能耗增加10%~20%甚至更多,效率损失很大,严重阻碍了CCUS技术的推广和应用。此外,CCUS尚未享受国家层面的财税支持,企业开展CCUS示范项目的积极性普遍不高。

中大咨询认为,CCUS当前仍处于技术和经验储备以及商业模式的探索阶段,今后在技术成熟、解决成本问题的前提下会形成大规模工业化的应用,是我国在碳中和工作收尾阶段极为重要的技术手段,趋向于依靠技术进步提高捕集效率、提升经济效益。

 

四、结语

碳汇作为对节能降碳行动的补充,是碳中和路程中不可或缺的辅助手段,未来碳汇交易、CCUS技术等的发展对于我国“双碳”目标的实现具有深远影响。开展CCER项目交易对于有一定需求的企业是合适的做法,而从长期来看,CCUS可能是极为有效的固碳手段。

 

参考文献

[1]蔡博峰,李琦,张贤等. 中国二氧化碳捕集利用与封存 (CCUS) 年度报告 (2021)――中国 CCUS 路径研究 [R]. 生态环境部环境规划院, 中国科学院武汉岩土力学研究所, 中国21世纪议程管理中心.2021.

[2]刘强,田川.我国碳捕集、利用和封存的现状评估和发展建议[J].气候战略研究简报,2017,24(24):1-14.

[3]米剑锋, 马晓芳. 中国CCUS技术发展趋势分析[J]. 中国电机工程学报, 2019(9):8.

[4]碳中和碳达峰带来的投资机会系列(三):CCER,核心机制与收入测算. 招商证券.

[5]碳中和专题研究报告:CCER,从方法学上把握碳交易市场机会. 安信证券.

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