打造“諾亞方舟”，駛向理想中的“零碳未來(lái)”

“我們是拎著(zhù)板磚去答辯的。”北京科技大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院、碳中和研究院教授蘇偉接受采訪(fǎng)時(shí)說(shuō)。

他手里的“板磚”來(lái)頭不小，“我們每分鐘呼出的二氧化碳可以固定在這塊磚里”。

蘇偉團隊被稱(chēng)作“老師隊伍里的工程師”。過(guò)去一年，他們深入產(chǎn)業(yè)一線(xiàn)，用技術(shù)把鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的二氧化碳和鋼渣結合，做成板磚，變廢為寶。

除了蘇偉的這個(gè)叫作“鋼渣選擇性調控碳化及資源化一體化技術(shù)”的項目，用合成生物技術(shù)培養細菌去“吃”二氧化碳、用綠電電解二氧化碳制成綠色航空燃料等項目也參加了“碳尋計劃”的角逐。

近日，“碳尋計劃”公布終選名單，13個(gè)項目從300多個(gè)項目中脫穎而出，共獲得億元級資金和資源支持。

“碳尋計劃”是由騰訊發(fā)起的碳捕集、利用與封存(CCUS)技術(shù)資助計劃，旨在尋找該領(lǐng)域最前沿技術(shù)，幫助其落地工業(yè)場(chǎng)景。這些得到支持的項目將進(jìn)入商業(yè)示范階段，向更大規模、更低成本、更高效能進(jìn)發(fā)。

“國內CCUS技術(shù)發(fā)展仍處于從研發(fā)到工業(yè)示范階段，每種技術(shù)路線(xiàn)距離實(shí)現規?；?、商業(yè)化應用都還有較大差距。”中國21世紀議程管理中心全球環(huán)境處(氣候變化國際合作處)處長(cháng)張賢直言，“CCUS對于碳中和目標的實(shí)現不可或缺，我們必須擁有充足的技術(shù)儲備和商業(yè)化經(jīng)驗，來(lái)打造一艘‘諾亞方舟’，載著(zhù)人類(lèi)駛向一個(gè)理想中的‘零碳未來(lái)’。”

“沸騰時(shí)代”的“碳捕手”

氣候變化正對全球產(chǎn)生持續而深刻的影響。

截至今年6月，全球平均氣溫已連續12個(gè)月比工業(yè)化前水平高出1.5℃，創(chuàng )下有記錄以來(lái)的高溫值。

去年7月，聯(lián)合國秘書(shū)長(cháng)安東尼奧·古特雷斯就發(fā)出警告：全球變暖時(shí)代已經(jīng)結束，全球“沸騰時(shí)代”已經(jīng)到來(lái)。

應對全球氣候變暖，沒(méi)有人可以置身事外。2022年舉辦的《聯(lián)合國氣候變化框架公約》第二十七次締約方大會(huì )通過(guò)了“沙姆沙伊赫實(shí)施計劃”，重申了《巴黎協(xié)定》“將全球平均氣溫較工業(yè)化前水平上升幅度控制在2℃以?xún)?rdquo;的長(cháng)期目標，再次敦促各國逐步減少未加裝減排設施的煤電。

根據聯(lián)合國政府間氣候變化專(zhuān)門(mén)委員會(huì )(IPCC)第六次氣候變化評估報告，要實(shí)現這一目標，當前全球二氧化碳排放預算到本世紀末僅剩約1.15萬(wàn)億噸，而2010—2019年間全球二氧化碳排放量約占這一預算的三分之一。在全球變暖不斷加劇的情況下，即使做到完全不排放，為了減碳，也需要把之前排放的二氧化碳捕捉回來(lái)。

“CCUS是一項‘兜底’技術(shù)。”張賢表示，在不可能完全放棄化石能源的前提下，CCUS技術(shù)作為碳中和技術(shù)體系中不可或缺的組成部分，是實(shí)現《巴黎協(xié)定》溫控目標的關(guān)鍵技術(shù)手段和托底技術(shù)保障。

這是一項被定義了兩次的技術(shù)：2011年，科技部發(fā)布《中國碳捕集、利用與封存(CCUS)技術(shù)發(fā)展路線(xiàn)圖研究》(以下簡(jiǎn)稱(chēng)《路線(xiàn)圖》)，把CCUS技術(shù)定義為“應對氣候變化的戰略?xún)浼夹g(shù)”;2019年，科技部更新發(fā)布《中國碳捕集利用與封存技術(shù)發(fā)展路線(xiàn)圖(2019版)》，將CCUS技術(shù)重新定義為“可實(shí)現化石能源大規模低碳利用的戰略?xún)浼夹g(shù)”。

事實(shí)上，CCUS技術(shù)體系是相關(guān)技術(shù)的集合，涵蓋二氧化碳捕集、運輸、利用以及地質(zhì)封存等各項技術(shù)。隨著(zhù)技術(shù)不斷推陳出新，這一技術(shù)體系正在逐步完善和豐富，有望為鋼鐵水泥等難減排行業(yè)深度脫碳提供可行技術(shù)方案，成為未來(lái)支撐碳循環(huán)利用的主要技術(shù)手段。

據不完全統計，截至2023年底，我國已投運和規劃建設中的CCUS示范項目已超過(guò)100個(gè)，其中已投運項目超過(guò)半數，具備二氧化碳捕集能力約600萬(wàn)噸/年，注入能力約400萬(wàn)噸/年。

“從技術(shù)上講，無(wú)論是技術(shù)成熟度還是技術(shù)先進(jìn)程度，我們跟歐美都是并跑的，整體處于工業(yè)化示范階段，但在數量和規模上歐美更勝一籌。”張賢說(shuō)。

同時(shí)，他表示，CCUS不同技術(shù)環(huán)節的成熟度也有較大差異。以二氧化碳捕集為例，空氣直接捕集技術(shù)處于實(shí)驗室研發(fā)階段，電廠(chǎng)點(diǎn)源排放的二氧化碳捕集技術(shù)已達到工業(yè)示范階段。而二氧化碳利用技術(shù)的成熟度較高。

跨過(guò)CCUS“死亡之谷”

記者在北京科技大學(xué)“百年礦業(yè)史傳承基地”礦石展廳看到，各式各樣的石頭擺放其中，既有我們常見(jiàn)的大理石、花崗巖，也有形態(tài)各異、璀璨耀眼的珍稀寶石。這些礦石陳列中，有一塊另類(lèi)的“磚”，是由鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的“二廢”——二氧化碳和鋼渣結合制成的。

全世界每年生產(chǎn)18億噸鋼鐵，其中我國生產(chǎn)了超10億噸，如何處理廢氣、廢料等“副產(chǎn)品”，是一個(gè)無(wú)法回避的問(wèn)題。

“孩子活潑不是孩子的錯，要找到合適的培養方案。”蘇偉開(kāi)起玩笑，他口中的“活潑孩子”就是鋼渣中的不安定組分。

蘇偉團隊把鋼渣磨成粉，再把從工業(yè)廢氣中二氧化碳捕集下來(lái)固定在粉末中，模擬天然礦物成巖的過(guò)程，將鋼渣和二氧化碳結合形成碳化微粉、碳化材料，制成質(zhì)地更加堅硬的建筑材料，用來(lái)鋪路、蓋房、填充礦井，甚至制成工藝品，解決了鋼渣資源化利用過(guò)程中的安定性難題，同時(shí)又固定了二氧化碳。

不過(guò)，要讓成果從實(shí)驗室走到生產(chǎn)線(xiàn)，中間橫亙著(zhù)讓九成技術(shù)折戟沉沙的“死亡之谷”。蘇偉談到，在實(shí)驗室里，大家關(guān)注的是碳化時(shí)間、二氧化碳深度調控等核心工藝指標的單點(diǎn)突破，而到了工業(yè)場(chǎng)景，“人、機、料、風(fēng)、水、電”一系列問(wèn)題接踵而至。比如，固碳的磚和普通磚一樣耐用嗎?它是否足夠抗壓?這些問(wèn)號都需要高額的試錯成本來(lái)拉直。

這不光是蘇偉團隊面臨的問(wèn)題，而是CCUS領(lǐng)域眾多創(chuàng )新技術(shù)團隊面臨的共同難題。CCUS技術(shù)在從科研試驗走向大規模應用的過(guò)程中，面臨著(zhù)風(fēng)險大、成本高、建設周期長(cháng)、基礎數據缺失等一系列挑戰，急需資金、技術(shù)等方面的支持，以加速規?；涞?。

“事實(shí)上，許多新興CCUS技術(shù)在國際上仍處于研發(fā)階段，技術(shù)前景尚不明朗。”張賢并不諱言，由于CCUS成本高，存在多種技術(shù)路線(xiàn)，再加上減排技術(shù)本身也需耗能，當前行業(yè)對CCUS的價(jià)值認知并不統一。

但在騰訊可持續社會(huì )價(jià)值副總裁許浩看來(lái)，之所以在尚存爭議時(shí)就下決心資助CCUS，一方面，根據國際能源署測算，2050年全球能源系統如果要達到零排放，CCUS的減排量需要達到8%，而目前這個(gè)數字只有0.13%。“只有從今天開(kāi)始做，到2050、2060年這些技術(shù)才能成熟到以足夠低的成本實(shí)現規?；?。”許浩說(shuō)。

另一方面，CCUS技術(shù)發(fā)展處于早期，缺乏資金支持，就意味著(zhù)技術(shù)從實(shí)驗室落地工業(yè)場(chǎng)景的過(guò)程面臨巨大的失敗風(fēng)險。

然而，這正是社會(huì )資本可以“補位”的地方。作為中國CCUS領(lǐng)域首個(gè)由科技企業(yè)發(fā)起的億元級資助計劃，“碳尋計劃”通過(guò)靈活的催化性資本，連接研發(fā)端和產(chǎn)業(yè)端力量，幫助CCUS技術(shù)跨過(guò)“死亡之谷”。

“評審委員會(huì )既有專(zhuān)家，也有產(chǎn)業(yè)界和投資界合作伙伴，技術(shù)方、應用方和投資方在一起，才能更好地考慮應用場(chǎng)景和未來(lái)的商業(yè)模式，助推技術(shù)走出實(shí)驗室，加快技術(shù)場(chǎng)景落地。”許浩說(shuō)。

除了資金支持，“碳尋計劃”還給蘇偉團隊與河鋼集團“牽線(xiàn)”。這如同一劑催化劑，點(diǎn)燃了團隊的熱情。

“我們原先設想的是‘百?lài)嵦?、千噸渣、萬(wàn)棵樹(shù)’，也就是捕集100噸二氧化碳，利用1000噸鋼渣，相當于種植1萬(wàn)棵樹(shù)。”蘇偉說(shuō)，現在有了資助，有了眾多合作伙伴的緊密合作，產(chǎn)生了意想不到的倍增效應。“我們設想的數字擴大了10倍，今年年底將建成‘千噸碳、萬(wàn)噸渣、十萬(wàn)棵樹(shù)’的示范項目。”

為產(chǎn)業(yè)化“鋪路”

針對不同階段與類(lèi)別的項目，“碳尋計劃”開(kāi)放試點(diǎn)支持、初創(chuàng )孵化、能力建設三大創(chuàng )新賽道。

試點(diǎn)支持主要聚焦前沿技術(shù)的工業(yè)場(chǎng)景示范項目，初創(chuàng )孵化偏向于加速有正向經(jīng)濟性的早期創(chuàng )業(yè)項目的商業(yè)孵化，能力建設則支持構建行業(yè)基礎能力、數據和標準，如數據庫、固碳效益監測工具、數字化能力等，推動(dòng)前沿技術(shù)走向規?；瘧?。

張賢眼里，入選項目“各有各的故事，讓人眼前一亮”。

“碳尋計劃”試點(diǎn)支持賽道的技術(shù)主要覆蓋鋼鐵和電力兩大減排重點(diǎn)領(lǐng)域。“以前企業(yè)用的化石燃料越多，那么競爭力就越強，現在是誰(shuí)能把二氧化碳‘抓’起來(lái)，誰(shuí)就贏(yíng)得了競爭力。”河鋼集團可持續發(fā)展研究中心主任、首席研究員田京雷說(shuō)。

“河鋼集團在2021年布局CCUS技術(shù)時(shí)，因為技術(shù)還不成熟，并沒(méi)有大的投入計劃。”田京雷回憶，“如果只有我們自己，可能不會(huì )走得這么快，‘碳尋計劃’給我們的不僅僅是經(jīng)費的支持，更堅定了我們要把CCUS技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的信心。”

初創(chuàng )孵化賽道里，終選項目聚焦二氧化碳利用領(lǐng)域。這些技術(shù)用十八般武藝讓二氧化碳上演“變形記”，讓它變成低成本的衣服、食品、燃料等。天津費曼動(dòng)力科技有限公司用綠電電解二氧化碳，制成便宜的綠色航空燃油(SAF)，而SAF是一個(gè)國際性的千億級市場(chǎng);南京食氣生化科技公司利用微生物編輯技術(shù)，讓細菌去“吃”二氧化碳形成乙醇后，做成衣服或者食品。

“我們的技術(shù)是把二氧化碳‘吃’掉。”南京食氣生化科技有限公司負責人介紹，“一些高碳排工廠(chǎng)排放的大量尾氣被收集過(guò)來(lái)用于培養微生物，采用微生物法高效碳轉化技術(shù)，將富碳工業(yè)尾氣轉化為化學(xué)品。”

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，這是一個(gè)“變廢為寶”的過(guò)程，二氧化碳變成長(cháng)鏈的化合物，再把化合物分離出來(lái)。“這個(gè)生產(chǎn)過(guò)程安全，并且能耗低、污染少。”他說(shuō)。

這位負責人在當了7年大學(xué)老師后，選擇從高校副教授的崗位上離職，全身心投入CCUS產(chǎn)業(yè)的探索。

在他的描述里，這項技術(shù)未來(lái)可期：不用多久，日常衣食住行中用到的化工材料很多都是由工業(yè)廢氣“變廢為寶”。

能力建設賽道則旨在為CCUS技術(shù)“打地基”。“碳尋計劃”終選名單包括中國地質(zhì)調查局搭建的模型。“該研究致力于對碳排放和減排量的數據模型進(jìn)行優(yōu)化，考察適宜的二氧化碳封存地，并優(yōu)化碳源和碳匯的匹配等。這樣的能力建設有助于實(shí)現現有技術(shù)組合1+1>2的效應。”張賢說(shuō)。

自去年3月啟動(dòng)以來(lái)，“碳尋計劃”收到300多個(gè)項目申請。評審總體要求是項目的技術(shù)路線(xiàn)在規?；罂梢詭?lái)每年1億噸減碳量的應用潛力，且通過(guò)資金、場(chǎng)景等支持能實(shí)現成本的顯著(zhù)下降。

“進(jìn)入終選名單項目的技術(shù)水平和國際上最頂尖的CCUS技術(shù)相當。”騰訊碳中和高級顧問(wèn)翟永平表示。

在中國科學(xué)院院士金紅光看來(lái)，CCUS技術(shù)從商業(yè)上來(lái)說(shuō)還在啟動(dòng)階段，從科學(xué)上說(shuō)也非常復雜，騰訊能夠從國際視野支持這些前沿創(chuàng )新技術(shù)，對實(shí)現“雙碳”目標有非常重要的意義。

但在熱情、雄心之外，許浩坦言，其實(shí)做好了只有部分甚至個(gè)別項目成功的心理準備。

“走出實(shí)驗室是前沿技術(shù)成果轉化的第一步，只要讓這個(gè)環(huán)節成功率提升一點(diǎn)兒，就可能產(chǎn)生巨大的影響。”許浩說(shuō)。

打通“最后一公里”

我國當前階段的CCUS項目大多處于工業(yè)示范階段，距離大規模商業(yè)應用仍有一段距離。“CCUS技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，亟待政、產(chǎn)、學(xué)、研、金協(xié)作，高校、科研機構和初創(chuàng )公司攜手助推CCUS的應用場(chǎng)景和規模。”翟永平認為。

“成本是制約CCUS商業(yè)化發(fā)展的最大障礙。”張賢多次講到，考慮當前成本，業(yè)內普遍認為，在當前技術(shù)發(fā)展水平不成熟的條件下，2030年前大規模推廣CCUS技術(shù)面臨較大技術(shù)鎖定風(fēng)險。比如，按照當前技術(shù)成本核算，以電廠(chǎng)和水泥廠(chǎng)為例，加裝CCUS技術(shù)設備之后，每度電和每噸水泥成本漲幅可能超過(guò)50%;鋼鐵廠(chǎng)加裝CCUS之后，每噸鋼成本可能上漲超15%。

他強調，降低成本最關(guān)鍵的還是要加快技術(shù)研發(fā)示范，加速CCUS技術(shù)迭代，“比如第二代捕集技術(shù)成本有望比第一代捕集技術(shù)降低超30%”。

記者在采訪(fǎng)中發(fā)現，成本是大家普遍談及的問(wèn)題。氣候變暖是事關(guān)人類(lèi)未來(lái)的命題，然而，再宏大的愿景落到每家企業(yè)、每個(gè)項目上，都是一筆筆具體的經(jīng)濟賬。

據測算，目前國內大多數CCUS示范項目的捕集成本在每噸100元到500元，化工行業(yè)捕集成本相對較低，電力、水泥等行業(yè)由于煙氣二氧化碳濃度相對較低，捕集成本偏高。

2022年國內碳市場(chǎng)碳交易總量為5088.95萬(wàn)噸，總成交額28.14億元，掛牌協(xié)議交易成交均價(jià)58.08元/噸。而根據張賢團隊的研究，當碳價(jià)格上升到350—380元/噸時(shí)，預投資的電廠(chǎng)將滿(mǎn)足執行CCUS改造的條件，可以達到收支平衡。

“通過(guò)制定激勵政策把節約的減排成本給予企業(yè)，補貼終端產(chǎn)品、惠及消費者，打通這個(gè)傳導機制是激活CCUS產(chǎn)業(yè)鏈的關(guān)鍵。”張賢說(shuō)。

除了成本高企不下，影響國內CCUS發(fā)展的因素是多方面的。張賢談到，首先，CCUS技術(shù)缺乏一套成熟的法規標準體系。

其次，CCUS項目是復雜的系統工程，涉及地上和地下空間使用、環(huán)境影響評估、安全審查等多個(gè)方面。當前我國CCUS項目主管部門(mén)和審批流程并不明確，導致企業(yè)開(kāi)展CCUS工程建設“摸著(zhù)石頭過(guò)河”，增加項目的成本，降低了企業(yè)的投資積極性。

另外，由于對各類(lèi)CCUS技術(shù)減排量的核算方法和驗證機制等方面的方法學(xué)研究尚不成熟，CCUS尚未被納入碳市場(chǎng)。中國工程院院士高翔此前就表示，期待相關(guān)部門(mén)出臺CCUS技術(shù)配套激勵政策，通過(guò)完善碳市場(chǎng)交易，讓CCUS項目也能參與到碳交易中，提高社會(huì )資本參與的積極性。

近日，國家發(fā)改委、市場(chǎng)監管總局、生態(tài)環(huán)境部發(fā)布的《進(jìn)一步強化碳達峰碳中和標準計量體系建設行動(dòng)方案(2024—2025年)》提出，2024年將發(fā)布70項碳核算、碳足跡、碳減排、能效能耗、碳捕集利用與封存等國家標準，抓緊構建二氧化碳捕集、運輸、地質(zhì)封存全鏈條標準體系。

“中國是受氣候變化影響最大的國家之一。我們現在做這件事，不僅是為將來(lái)爭取更大的排放和發(fā)展空間。說(shuō)到底，它是關(guān)系人類(lèi)可持續發(fā)展的一個(gè)問(wèn)題。”張賢說(shuō)，這是一個(gè)經(jīng)典的“進(jìn)水”“排水”問(wèn)題。人類(lèi)活動(dòng)時(shí)刻在排放二氧化碳，這是一個(gè)無(wú)法被關(guān)上的“水龍頭”。與此同時(shí)，CCUS等零排放甚至負排放技術(shù)是另一個(gè)加足馬力的“抽水龍頭”。

一進(jìn)一出之間，是不斷融化的冰川和上漲的海平面，是與每個(gè)人休戚相關(guān)的氣候未來(lái)。“參與各方都抱著(zhù)積極向上、樂(lè )觀(guān)興奮的心態(tài)投入其中，大家更多考慮的是貢獻。”張賢說(shuō)。