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DNV報告：碳捕獲與封存（CCS）2050 展望

文章來源:climate科學科拉美特2025-06-16 17:23

挪威船級社DNV 最新發(fā)布的《Energy Transition Outlook - CCS to 2050》報告指出，全球碳捕獲與封存（CCS）技術正站在關鍵轉折點。報告全面分析了 CCS 從技術成本、政策環(huán)境到 2050 年的規(guī)模化路徑，揭示了這一技術在全球能源轉型中的潛力與挑戰(zhàn)。

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一、CCS 發(fā)展現狀與轉折點：2030 年容量將翻四倍

碳捕集與封存（CCS）的轉折點已經到來，其捕集和封存能力預計到 2030 年將增長四倍
2030 年后，增長最快的領域將是難以脫碳的行業(yè)，到本世紀中葉，制造業(yè)將占年度二氧化碳捕集量的 41%
到 2050 年，CCS 將捕集全球 6% 的二氧化碳排放，這與任何凈零排放目標所需的規(guī)模仍有顯著差距
到 2050 年，二氧化碳移除（CDR）將捕集 3.3 億噸二氧化碳，占捕集排放總量的四分之一

二、技術成本與價值鏈條：40% 成本降幅與產業(yè)滲透路徑

碳捕獲技術（Capture Technologies）

1. 點源捕獲技術體系

后燃燒捕獲（Post-combustion）：胺吸收法為當前主流技術，已在加拿大 Quest 項目（120 萬噸 / 年）、美國 Petra Nova（170 萬噸 / 年）等項目驗證商業(yè)可行性。該技術通過胺溶劑吸收煙氣中低濃度 CO?（3-15 mol%），但存在能耗高（占捕獲成本 40%）和溶劑降解問題。新型非胺溶劑（如 CESAR1）試點顯示，95% 捕獲率下成本可較傳統(tǒng)胺法降低 15%。

預燃燒捕獲（Pre-combustion）：主要用于合成氣處理，如加拿大 Boundary Dam 項目將煤氣化產生的 CO?富集至 90 mol% 以上，成本較后燃燒法低 30%，適用于氫氨生產。

氧燃燒捕獲（Oxy-combustion）：挪威 Brevik 水泥廠采用純氧燃燒技術，捕獲率達 90%，配套液化設施用于船舶運輸，成為工業(yè)領域標桿項目。

固有捕獲（Inherent capture）：乙醇、氨生產中副產高純度 CO?（>90 mol%），美國 ADM Illinois 乙醇廠通過該技術實現 100 萬噸 / 年捕獲，成本僅 30-36 美元 / 噸。

2. 直接空氣捕獲（DAC）技術進展

固體吸附劑路線：Climeworks Mammoth plant（冰島）采用模塊化設計，通過溫度 swing 吸附 CO?，2025 年產能達 40 萬噸 / 年，電耗約 4 kWh/kg CO?，成本 350 美元 / 噸。

液體溶劑路線： potassium hydroxide 溶液吸收 CO?后需 900℃高溫再生，能耗較固體吸附高 20%，但更適合高濕度地區(qū)。

新興技術：電 swing 吸附（Electro-swing adsorption）直接用電再生吸附劑，理論能耗可降 30%，但仍處于實驗室階段。

3. 船上碳捕獲（Onboard CCS）

技術適配性：Solvang ASA 的 Clipper Eris 號測試胺吸收系統(tǒng)，針對 15,000 TEU 集裝箱船，70% 捕獲率下燃料 penalty 為 15%-30%，需配套港口 CO?卸載設施。

成本挑戰(zhàn)：船上系統(tǒng) CAPEX 較陸上高 40%，且需解決液體 CO?存儲對 cargo capacity 的影響，目前僅適用于固定航線船舶。

運輸與存儲技術（Transport & Storage）

1. 運輸技術矩陣

管道運輸：

北美主導：8000 公里現役 CO?管道（如美國 Shute Creek）采用密相輸送（壓力 > 80 bar），成本 6-28 美元 / 噸，適用于短中期大規(guī)模運輸。

歐洲挑戰(zhàn)：因人口密集區(qū)安全考量，多采用氣相管道（壓力 < 50 bar），成本較北美高 50%，需依賴跨境船舶運輸補充。

船舶運輸：

液化 CO?船：挪威 Northern Lights 使用專用船舶運輸 - 54.3℃液化 CO?，單船容量 2 萬噸，配套岸上緩沖存儲，運輸成本較管道高 30%。

干冰運輸：實驗性方案，利用現有集裝箱物流，但需解決 CO?升華導致的壓力控制問題。

2. 地質存儲技術

枯竭油氣田：

優(yōu)勢：美國 Gorgon 項目（澳大利亞）利用已開發(fā)儲層，存儲成本 3-15 美元 / 噸，且可借助 EOR 提升石油采收率。

局限：容量有限，且 legacy 井泄漏風險需持續(xù)監(jiān)測（如挪威 Sleipner 項目 25 年零泄漏紀錄）。

深層鹽水含水層：

潛力：占全球存儲容量 80%（如美國 Saline aquifers），通過 seismic 監(jiān)測 CO?運移，成本 5-35 美元 / 噸。

案例：挪威 Northern Lights 在北海 Troll field 附近鹽水層存儲，年注入量 50 萬噸，驗證海上存儲可行性。

碳礦化（Mineralization）：

冰島 Carbfix：將 CO?溶解于水注入玄武巖，形成碳酸鹽礦物，永久存儲但成本較地質存儲高 2 倍。

工業(yè)副產物利用：鋼鐵 slag 礦化 CO?，每噸鋼可固定 0.3 噸 CO?，但需高溫處理限制規(guī)模化。

全鏈條成本分析（Cost Trajectories）

1. 當前成本水平（2025 年）

環(huán)節(jié)	電力行業(yè)（美元 / 噸）	工業(yè)（天然氣處理）（美元 / 噸）	運輸存儲（北美陸上）（美元 / 噸）
捕獲	100-120	30-36	-
運輸	-	-	6-28
存儲	-	-	5-15
全鏈條	150-200	40-60	74（綜合 tariff）

2. 成本下降驅動因素

規(guī)模效應：捕獲設施從 0.07 Mt / 年增至 0.66 Mt / 年時，單位成本降 37.5%（如美國 Gas Power 項目）。

模塊化設計：挪威 Brevik 水泥廠采用標準化捕獲單元，建設周期縮短 40%，CAPEX 降 25%。

技術學習：DAC 每翻倍部署容量，成本降 13%，預計 2050 年達 180 美元 / 噸。

3. 2050 年成本預測

全鏈條成本：整體降 40%，電力行業(yè)捕獲成本降至 60-120 美元 / 噸，工業(yè)領域降至 25-40 美元 / 噸。

區(qū)域差異：北美陸上全鏈條成本或低至 30 美元 / 噸（如澳大利亞 Moomba 項目），歐洲海上仍維持 80-120 美元 / 噸。

關鍵障礙：CO?純度要求（需 > 99.5%）導致處理成本占比達 15%，尤其對多氣源混合場景。

技術與成本的交互影響

1. 技術選擇對成本的影響

高濃度 CO?源：乙醇生產中固有捕獲成本僅為電廠后燃燒捕獲的 1/3，凸顯氣源濃度是成本核心變量。

運輸方式權衡：500 公里以上距離時，船舶運輸（20 美元 / 噸）較管道（28 美元 / 噸）更經濟，但需配套液化設施。

2. 成本對技術部署的制約

DAC 商業(yè)化瓶頸：當前 350 美元 / 噸成本僅適用于自愿碳市場（如微軟購買 Durable CDR），合規(guī)市場需降 2/3 才能大規(guī)模應用。

海上存儲門檻：歐洲海上存儲成本較北美高 3 倍，導致 2030 年前僅 15% 項目選擇海上方案。

關鍵技術挑戰(zhàn)與突破方向

1. 未解決的技術瓶頸

捕獲能耗：后燃燒捕獲能耗占電廠輸出功率的 25%-30%，需開發(fā)低能耗溶劑（如金屬有機框架 MOFs）。

運輸安全：CO?管道裂紋擴展風險需通過超聲波監(jiān)測技術（如 DNV 開發(fā)的 Skylark 系統(tǒng)）實時預警。

長期存儲驗證：鹽水層存儲需證明千年尺度密封性，目前最長監(jiān)測記錄僅 25 年（挪威 Sleipner）。

2. 創(chuàng)新研發(fā)重點

混合捕獲技術：將膜分離與胺吸收結合，在水泥行業(yè)實現 90% 捕獲率同時降低能耗 15%。

智能監(jiān)測網絡：利用衛(wèi)星遙感（如 Sentinel-5P）與地下傳感器融合，降低存儲監(jiān)測成本 40%。

碳價聯(lián)動設計：開發(fā) “碳價 - 成本” 動態(tài)調整機制，如英國 CCfD 確保項目在碳價波動下仍具經濟性。

核心結論

CCS 技術已從實驗室走向商業(yè)化，但成本仍是規(guī)?；闹饕系K。捕獲環(huán)節(jié)的技術創(chuàng)新（如非胺溶劑、模塊化設計）與運輸存儲的基礎設施投資（如北美管網、北海存儲樞紐）將共同推動成本下降。然而，要實現 2050 年 13 億噸 / 年的捕獲目標，需在氣源預處理、跨區(qū)域運輸標準、長期存儲監(jiān)管等方面取得突破，同時依賴碳價機制完善與政策持續(xù)支持。技術與成本的協(xié)同進化，將決定 CCS 能否在全球能源轉型中扮演關鍵角色。本`文-內.容.來.自：中`國^碳`排*放*交^易^網 ta np ai fan g.com

三、政策金融與區(qū)域格局：從補貼驅動到碳價主導

政策驅動的五大核心邏輯

凈零目標強制要求：《巴黎協(xié)定》全球溫控目標推動 CCS 成為工業(yè)脫碳必需技術，IPCC 明確 CCS 是 1.5℃路徑不可或缺的組成部分。
發(fā)達國家先行示范：美、歐等占全球 80% GDP 的經濟體通過 “碳管理挑戰(zhàn)”（CMC）計劃，目標 2030 年實現 10 億噸 / 年 CCS 規(guī)模。
跨鏈條風險對沖：政府通過基礎設施投資（如歐盟 2030 年前 135 億美元 CO?管網資金）降低 emitter 對運輸存儲的不確定性。
碳價與激勵協(xié)同：歐盟 ETS（2030 年碳價 150 美元 / 噸）與美國 45Q 稅收抵免（存儲 85 美元 / 噸）形成 “胡蘿卜 + 大棒” 政策組合。
公眾信任構建：通過社區(qū)參與機制（如挪威 Longship 項目收益共享）緩解鄰避效應。

政策工具組合與區(qū)域差異

政策類型	具體措施	區(qū)域案例
碳定價機制	排放交易體系（ETS）、碳稅、邊境調節(jié)機制（CBAM）	歐盟 ETS 覆蓋 60% 工業(yè)排放，2030 年碳價預計 150 美元 / 噸；中國 ETS 2025 年擴容至鋼鐵、水泥行業(yè)
直接補貼	投資稅收抵免、CAPEX grants、運營補貼	美國 45Q 抵免：DAC 存儲 180 美元 / 噸，常規(guī) CCS 85 美元 / 噸；加拿大碳管理戰(zhàn)略 5 年 140 億美元 funding
基礎設施支持	跨境管網補貼、存儲場地開發(fā)、許可加速	歐盟 Connecting Europe Facility 為 PCI 項目提供 75% 資金；英國 Northern Endurance Partnership 獲政府 290 億美元支持
強制標準	行業(yè)排放限額、碳移除目標、公共采購要求	歐盟 Net Zero Industry Act 要求油企 2030 年提供 5000 萬噸 / 年存儲容量；加拿大 2030 年油砂排放降 35%
碳市場聯(lián)動	合規(guī)與自愿市場銜接、碳信用國際互認	歐盟 ETS 與國際航空 CORSIA 機制對接；南非允許自愿信用用于合規(guī)抵消

1. 北美：稅收激勵驅動為主

美國政策體系：IRA 法案強化 45Q 抵免，將捕獲門檻從 0.7 Mt/yr 降至 0.1 Mt/yr，覆蓋范圍擴展至氫能生產（45V 抵免）。2025 年 IRS 明確藍氫項目可同時申請 45Q 與 45V，推動得州 Stratos DAC 項目（50 萬噸 / 年）落地。

加拿大創(chuàng)新模式：聯(lián)邦與阿爾伯塔省協(xié)同，通過碳價（2030 年 50 美元 / 噸）與投資補貼（如 Pathways Alliance 獲 165 億美元支持），目標 2030 年 1600 萬噸 / 年捕獲量。

融資特征：私人資本主導，如?？松梨?49 億美元收購 Denbury 獲取 CO?管網，Occidental 11 億美元收購 Carbon Engineering 布局 DAC。

2. 歐洲：碳市場與公共資金雙輪驅動

A. 歐盟政策框架

工業(yè)碳管理戰(zhàn)略：2050 年 4.5 億噸 / 年捕獲目標，通過 Innovation Fund（2020-2030 年 430 億美元）支持水泥、鋼鐵項目。

跨境協(xié)作：Northern Lights 項目獲挪威政府 20 億美元（覆蓋 2/3 成本），與荷蘭 Yara Sluiskil 項目形成跨國運輸鏈。

B. 成員國實踐

英國：通過 Regulated Asset Base 模式為 Teesside 集群提供 290 億美元，用戶按 tariff 付費。

荷蘭：Porthos 項目由港務局、Gasunie 等國企主導，政府注資 7.26 億美元補充私人資本缺口。

C. 融資挑戰(zhàn)

高資本成本（海上存儲比陸上高 3 倍）依賴歐盟層級風險共擔機制。

3. 亞洲：國家主導與產業(yè)協(xié)同

A. 中國政策組合：

1+N 政策框架：“十四五” 規(guī)劃將 CCS 納入煤電改造，華能隴東 150 萬噸 / 年項目獲央行碳減排工具支持。

碳市場擴展：2025 年 ETS 擴容至鋼鐵、鋁冶煉，覆蓋 60% 排放，預計推動 CCS 成本與碳價掛鉤。

B. 中東戰(zhàn)略：

沙特：2035 年 4400 萬噸 / 年目標，Jubail CCS 樞紐獲阿美石油 230 億美元預算，配套國內碳信用交易所。

阿聯(lián)酋：ADNOC 投資 230 億美元，2030 年 1000 萬噸 / 年捕獲量，重點支持氫氨出口歐洲。

C. 融資瓶頸：

東南亞依賴雙邊協(xié)議，如新加坡與澳大利亞合作開發(fā)海上存儲，但本地資本市場參與度低。

4. 其他區(qū)域：起步階段的政策探索

印度：2025 年啟動 “Mission CCS”，計劃 2050 年 7.5 億噸 / 年捕獲量，擬設碳捕獲金融公司（CCFC）提供 49 美元 / 噸補貼。

非洲：僅南非有 10 美元 / 噸碳稅，Climeworks 在肯尼亞啟動 100 萬噸 / 年 DAC 試點，依賴國際資金。

融資模式與成本結構

1. 全鏈條成本與融資缺口

捕獲：電力行業(yè) 100-200 美元 / 噸，天然氣處理 30-36 美元 / 噸（高純度 CO?優(yōu)勢）。

運輸存儲：北美陸上 17 美元 / 噸，歐洲海上 23 美元 / 噸，綜合 tariff 約 74 美元 / 噸。

2050 年成本預測：整體降 40%，模塊化設計與規(guī)模效應推動捕獲成本降 50%，運輸存儲降 43%。

融資缺口：發(fā)展中經濟體 2030-2050 年需 1.3 萬億美元，當前僅 15% 獲公共資金覆蓋。

2. 資本結構與風險分配

公共資金：早期項目占 60%（如挪威 Longship），后期降至 30%。

私人資本：北美項目中占 70%，通過項目融資（如美國 45Q 支持的獨立發(fā)電商）。

風險分擔-政府承擔：長期存儲責任（歐盟要求運營方負責 20 年，之后轉政府）。

風險分擔-市場工具：母公司擔保、碳價對沖合約（如英國 CCfD）降低收益波動風險。

3. 碳市場對融資的拉動作用

需求驅動：2050 年合規(guī)與自愿市場共需 3.3 億噸 / 年 CDR，歐洲占 2/3 需求，推動 BECCS 與 DAC 項目融資。

價格信號：歐盟碳價 2050 年預計 250 美元 / 噸，使 CCS 在水泥、鋼鐵行業(yè)具備經濟性。

關鍵挑戰(zhàn)與政策建議

1. 現存政策與融資障礙

跨鏈協(xié)調缺失：捕獲、運輸、存儲分屬不同監(jiān)管部門，如美國 PHMSA 與 EPA 監(jiān)管重疊導致許可延遲。

公眾接受度低：歐洲 35% CCS 項目因社區(qū)反對延遲，需建立收益共享機制（如丹麥 Greensand 項目本地就業(yè)承諾）。

發(fā)展中經濟體瓶頸：東南亞缺乏本地碳定價，依賴國際碳信用購買（如日本向馬來西亞支付存儲費用）。

2. DNV 提出的政策優(yōu)化方向

監(jiān)管框架統(tǒng)一：推動《倫敦議定書》修正案 ratification，建立跨境 CO?運輸標準。

融資工具創(chuàng)新：發(fā)行 “碳收益?zhèn)?rdquo;（如世界銀行掛鉤減排績效的債券），降低長期融資成本。

技術中立支持：對 BECCS、DAC 等負排放技術提供同等補貼，避免政策扭曲。

核心結論

政策與融資是決定 CCS 規(guī)?；俣鹊年P鍵變量。北美與歐洲通過成熟的碳定價與激勵措施，已形成項目落地潮，但全球范圍內仍存在顯著區(qū)域失衡。發(fā)展中經濟體需加速建立本地政策框架，同時國際社會應通過多邊機制填補融資缺口。唯有政策、資本、技術協(xié)同推進，CCS 才能在 2050 年實現 13 億噸 / 年捕獲目標，為全球溫控貢獻 6% 的減排量。本`文@內-容-來-自；中^國_碳0排0放^交-易=網 ta n pa i fa ng . co m

四、區(qū)域展望與關鍵挑戰(zhàn)：6% 排放捕獲的缺口

在全球積極應對氣候變化的大背景下，碳捕獲與封存（CCS）技術承載著重要期望，其未來發(fā)展路徑備受矚目。本+文內.容.來.自：中`國`碳`排*放*交*易^網 ta np ai fan g.com

從市場規(guī)模預測來看，前景頗為可觀。據相關數據，2025 年全球 CCS 市場規(guī)模為 54.732 億美元，預計到 2035 年將飆升至 205.924 億美元，期間年復合增長率（CAGR）達 14.2%。這一增長動力源于全球對凈零排放目標的執(zhí)著追求，以及各行業(yè)迫切的脫碳需求。越來越多的政府和企業(yè)將《巴黎協(xié)定》中的氣候目標納入自身規(guī)劃，促使 CCS 技術從試點階段邁向大規(guī)模部署階段。

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技術創(chuàng)新層面，多個方向正不斷取得突破。在捕獲技術領域，胺吸收法當前雖為主流，但新技術的研發(fā)進展令人期待。比如模塊化設計的 Capturi 系統(tǒng)在挪威 Brevik 水泥廠的應用，以及新型非胺溶劑 CESAR1 的研發(fā)，有望使資本成本降低 15%-50%。運輸與存儲環(huán)節(jié)同樣有進步空間，北海地區(qū)的規(guī)模化存儲項目，如丹麥 Greensand 項目，預計到 2050 年可讓歐洲運輸存儲成本降低 43% 。

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在應用領域拓展上，CCS 技術呈現出階段性特征。2030 年前，天然氣處理以及低碳氫 / 氨生產是主要應用場景，像加拿大 Quest 項目，通過蒸汽甲烷重整制氫的同時捕獲二氧化碳，年捕獲量達 140 萬噸。2030 年后，制造業(yè)將成為 CCS 技術應用的增長主力，尤其是水泥、鋼鐵、化工等流程排放行業(yè)。到 2050 年，這些行業(yè)的捕獲量預計占總量的 41%。舉例來說，歐洲水泥行業(yè)借助 oxyfuel 燃燒技術，到 2050 年二氧化碳捕獲量可達 1.1 億噸 / 年。同時，碳移除領域也將崛起，生物能源碳捕獲（BECCS）和直接空氣捕獲（DAC）預計到 2050 年每年可移除 3.3 億噸二氧化碳。盡管 DAC 技術成本目前維持在 350 美元 / 噸的高位，但在自愿碳市場的驅動下，規(guī)模有望在 2050 年達到 8400 萬噸 / 年。本文`內-容-來-自；中_國_碳_交^易=網 tan pa i fa ng . c om

區(qū)域發(fā)展方面，不同地區(qū)展現出各自的特點。北美地區(qū)憑借政策優(yōu)勢，特別是美國通過《通脹削減法案》強化 45Q 稅收抵免（存儲每噸二氧化碳最高可獲 85 美元補貼），將在短期內成為 CCS 部署的核心區(qū)域。預計到 2030 年，美國 CCS 容量將達 1.1 億噸 / 年。歐洲則借助碳市場和產業(yè)碳管理戰(zhàn)略推動發(fā)展，如英國為 Teesside 集群提供 280 億美元補貼，確保項目收益與碳價波動脫鉤。到 2050 年，歐洲 CCS 捕獲量預計達 3.36 億噸 / 年，占區(qū)域排放的 31%。亞洲的中國和印度等國家也在積極布局。中國通過 “十四五” 規(guī)劃推動煤電 CCS 示范項目，如華能隴東基地 150 萬噸 / 年項目；印度也在探索適合本國的 CCS 發(fā)展路徑。中東地區(qū)憑借豐富的油氣資源，在藍氫生產和出口方面具有巨大潛力，預計 2050 年捕獲量達 1.8 億噸 / 年。禸嫆@唻洎：狆國湠棑倣茭昜蛧 τāńｐāīｆāńɡ.ｃōｍ

然而，CCS 技術的未來發(fā)展并非一片坦途。從挑戰(zhàn)來看，成本居高不下仍是關鍵問題。CCS 全生命周期成本（捕獲 + 運輸 + 存儲）目前處于 100 - 200 美元 / 噸區(qū)間，雖有下降趨勢，但仍限制了其大規(guī)模推廣。技術成熟度也有待提升，例如 DAC 等負排放技術效率較低且成本高昂。公眾接受度同樣是一個瓶頸，在歐洲，多次出現因民眾抗議導致管道建設項目取消的情況，如荷蘭 Heartland Greenway 項目。此外，跨境二氧化碳運輸依賴的國際協(xié)議，如《倫敦議定書》，僅少數國家批準，制約了跨區(qū)域網絡的形成。

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盡管面臨諸多挑戰(zhàn)，CCS 技術作為應對氣候變化的重要技術手段之一，其未來發(fā)展前景依舊值得期待。在全球各方共同努力下，通過持續(xù)的技術創(chuàng)新、政策支持以及加強國際合作，CCS 有望在全球能源轉型和碳減排進程中發(fā)揮關鍵作用，助力實現全球凈零排放目標。

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五、結語

DNV 報告揭示了 CCS 的矛盾現狀：作為唯一能大規(guī)模鎖定工業(yè)流程排放的技術，其發(fā)展速度卻遠落后于氣候需求。2025-2030 年是決定 CCS 能否成為凈零支柱的關鍵窗口期，需要政策制定者、產業(yè)界和社會各界在技術創(chuàng)新、資本配置和公眾溝通上形成合力。正如報告強調：“CCS 不是萬能藥，但在鋼鐵、水泥等領域，沒有它將寸步難行。”

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來源于DNV報告《Energy Transition Outlook - CCS to 2050》。內/容/來/自:中-國-碳-排-放*交…易-網-tan pai fang . com