为什么碳捕获和储存永远不会有回报

碳捕获与封存技术(CCS)是否会取得成功?

多年来，我们一直被告知，CCS系统和过程将使我们能够减少碳排放，阻止全球变暖，同时继续使用化石燃料。CCS一直是国际能源署(iea)《能源展望》(Energy outlook)年度报告中“450情景”的一个关键假设，即全球可以在满足其能源需求的同时，将大气碳浓度保持在450ppm以下。如果你读了这则新闻，你甚至会认为CCS系统正在向商业化迈进。

但事实是，他们不是。而当前的趋势表明，它们永远也不会成为现实。

主要原因是成本。找到关于CCS成本的可靠数据是困难的，因为它根本不存在。目前还没有安装这种技术的商业规模的发电厂建成。我们所有的成本数据都是基于工程设计的估算，而工程设计的实际成本要低得多。

有两件事是清楚的:自2004年以来，安装CCS技术的新发电厂的建设成本与所有建筑商品(如石油和钢铁)的成本一起迅速上升。而且这些成本现在已经超过了可再生能源发电的相关成本。

CCS实际上是一个包罗万象的术语，指的是各种各样的技术和流程。第一部分，碳捕获，通常想象设备将被整合到燃煤或天然气发电厂的废气排放端，消除一些二氧化碳(CO2)的排放。第二部分，储存(又称隔离)，设想捕获的二氧化碳将被压缩成液体，然后要么永久地埋在地下，要么用于工业生产。例如，二氧化碳被用于使软饮料起泡，并作为“提高石油采收率”(EOR)操作的一部分，用于放松旧油层中的石油。

各种各样的CCS已经想象捕获二氧化碳环境空气,作为一种处理分散排放车辆,但这些想法真的属于“地球工程”的范畴,将比获取更昂贵和困难集中二氧化碳的发电厂。CCS还关注水泥厂、炼钢高炉、化肥厂和其他工业设施的排放，但主要关注的是发电厂。如果我们不能让CCS技术应用于发电厂，我们可能就不能让它在任何地方都能应用，所以我在这里关注这个问题。

CCS的成本估计相差很大，取决于捕获技术是作为改造添加到现有电厂，还是建到新电厂;按电厂类型(如“超临界”或“超超临界”燃煤电厂，或“一体化燃气联合循环”电厂);按燃料种类(通常是煤或天然气);当碳被捕获时(燃烧后，燃烧前，或“氧燃料”，即煤炭在纯氧中燃烧，而不是在空气中燃烧，从而产生更纯净的二氧化碳排放);按二氧化碳输送方式(管道或其他方式);并按储层类型(地下多孔盐水地层、提高采收率工程、贫化油气藏、不可采煤层等)划分。

考虑到所有这些变化，全球CCS研究所(Global CCS Institute) 2011年的一项研究提出，每捕获一吨二氧化碳的成本在38美元到107美元之间，这并不是很有帮助。该研究所的成员“涵盖了全球80%以上的能源和工业二氧化碳排放”。

许多CCS成本研究引用了2009年及更早的数据，因此它们没有反映当前的成本(在大宗商品热潮之后)。我能找到的最新成本数据来自2012年6月美国国会预算办公室(CBO)的一篇论文，题为《联邦政府降低捕捉和储存二氧化碳成本的努力》(Federal Efforts to Reduce The cost of capture and storage Carbon Dioxide)。

CBO的报告除了排除了通常被认为成本过高的改造之外，还专门关注了燃烧后的方法，“因为这种技术是唯一一种与最常用的发电厂设计兼容的技术。”

汇总结果如下表所示。

比较不同发电技术的正确方法是在能源成本(LCOE)的基础上进行比较，它给出了一个工厂在整个生命周期内的平均发电成本，包括建设、融资和运营成本。根据国会预算办公室(CBO)的图表，经通胀调整后，采用CCS技术的新燃煤电厂2013年的LCOE约为每兆瓦特小时(MWh) 90美元至150美元，或每千瓦时(kWh) 0.09美元至0.15美元。

CCS之所以昂贵的主要原因是它需要大量的设备来捕获、净化(如果要出售的话)、液化、运输和掩埋二氧化碳。根据国会预算办公室的分析，装有ccs系统的燃煤电厂的平均资本成本将比常规电厂高出76%，而装有ccs系统的燃煤电厂的LCOE将比常规电厂高出76%。

所有那些设备都消耗大量能源。

美国能源部(U.S. Department of Energy)估计，燃烧后碳捕获的能源需求会使电厂的效率降低20%至30%。麻省理工学院2007年的一项研究发现，对现有的亚临界煤粉发电厂进行CCS改造，将使发电厂的电力输出减少40%以上。能源产出减少意味着工厂本身消耗的能源价格上涨。

CCS燃煤电厂每千瓦时的成本在0.09美元到0.15美元之间，与不使用CCS或可再生能源的传统天然气发电厂等竞争对手相比，情况又如何呢?

根据美国能源信息管理局(EIA)发布的2012年能源展望报告，没有CCS技术的传统天然气发电厂的发电成本为0.0686美元/千瓦时，是最便宜的清洁发电方式。正如我去年在《管制与煤电的衰落》(Regulation and the decline of coal power)一书中详述的那样，这是天然气推动煤炭退出电网的原因之一。

现在考虑一下公用事业规模的太阳能发电的成本，它在最近几年里像石头一样一直在下降。这些数据很难获得，因为电力购买协议(PPA)中包含的电力价格通常不会披露，但我们确实有一些新PPAs的数据。

在加州公共事业委员会(California Public Utility Commission) 2012年第一和第二季度的可再生能源投资组合标准报告中，批准的140兆瓦分布式太阳能光伏发电合同的加权平均价格低于90美元/MWh(0.09美元/kWh)。

2013年1月8日，洛杉矶水电局报道，“目前，通过一个超过200兆瓦的大型太阳能发电厂的电力购买协议，太阳能的成本约为0.095美元/千瓦时。”

2013年2月2日，绿色科技媒体报道，新墨西哥州50兆瓦的Macho Springs太阳能项目的PPA价格为0.0579美元/千瓦时;包括国家生产税收抵免后，价格为0.0849美元/千瓦时。

根据Energy Fact Check的数据，最近在密歇根州签约的发电厂每千瓦时的成本约为0.091美元。

Greentech Media太阳能公司的分析师斯科特·伯格(Scott Burger)给了我一些最后的数据。他估计，位于加州赫梅特(Hemet)的23兆瓦爱迪生电力公司(SunEdison)项目的成本约为每千瓦时0.08美元。一般来说，他的组织认为PPAs在0.07美元到0.09美元/千瓦时之间。

以这样的价格，建一座新的燃煤电厂已经是不可能的了。密歇根州公共服务委员会(Public Service Commission)估计，新建一座燃煤电厂将花费纳税人约0.133美元/千瓦时，彭博社(Bloomberg)表示，新建一座燃煤电厂的平均电价为0.128美元/千瓦时。

与此同时，CCS的成本在不断上升，而太阳能的成本在不断下降。

化石燃料行业及其政府合作伙伴意识到，如果没有大规模的公共部门投资，CCS是行不通的。

在回答我的问题关于CCS项目投产后的亚伯达省油砂,数字公共事务与爱德曼公关发言人在华盛顿特区,告诉我说,“目前的碳价格不支持的经济项目,这就是为什么需要政府支持项目继续进行。”但壳牌希望“随着技术成本的下降和碳价格的上涨，CCS将变得更加经济。”

ICO2N(综合二氧化碳网络)回应道:“没有政府的支持，CCS将不会变得经济。”ICO2N是一个代表煤炭和油砂行业的加拿大公司集团。他们希望，随着加拿大政府对CCS研究的数亿美元投资，提高采收率的二氧化碳销售将使经济在此期间运转。

但CBO的研究对CCS是否能发展到可以独立存在的程度提出了质疑。报告指出，要达到这一目标，需要配备CCS技术的新增发电能力超过2亿千瓦，而且“根据目前的法律和政策，公用事业公司不太可能建设那么多的新增发电能力……或者在未来几十年里投资将CCS技术应用到他们现有的大部分产能上。”

所有这些研究都认为，碳排放限额的定价必须要高得多，这样CCS才能在经济上可行。

全球CCS研究所(Global CCS Institute)估计，二氧化碳的定价必须在每吨23美元至92美元之间。在2011年的一篇论文中，欧洲零排放化石燃料发电厂技术平台(European Technology Platform for Zero - Emission Fossil Fuel Power Plants)发现，以每吨二氧化碳35欧元(合46美元)的价格，燃煤CCS发电厂将“接近具备商业可行性”。

非行业人士的看法就不那么乐观了。洛斯阿拉莫斯国家实验室的理查德·米德尔顿和斯坦福大学的亚当·勃兰特在一份新的研究报告中估计，“在我们的模拟中，显著的捕获和储存只发生在每吨110美元以上的二氧化碳上。”

不幸的是，全球碳市场对二氧化碳排放的定价远未达到这一水平。

欧盟排放交易体系中碳的当前价格仅为每吨5欧元。新的加州二氧化碳排放限额为每吨13.62美元，而美国拟议的碳税为每吨20美元。

由于未来的碳政策在美国和国外都是不确定的，碳价格是否会上升到投资CCS的合理程度还不清楚。

今年1月在阿布扎比举行的世界未来能源峰会(World Future Energy Summit)上，我问国际能源署(IEA)执行干事玛丽亚•范德胡芬(Maria van der Hoeven)，如果CCS不成功，他们设想的450座发电厂将会怎样。她承认:“我们需要至少10个大型示范项目，从试点扩大到商业安装。”但无论如何，你可以看到它已经滑下了政治议程。这是真的。这是很昂贵的，还有很多其他的问题，人们有时害怕它，因为他们不想把它储存在地下，因为它是“可怕的”，这是他们害怕的东西。因此，在某种程度上，CCS目前还无法实现。它不喜欢。”

少数示范规模的CCS项目正在进行中，其中大多数项目希望在未来几年内投入使用。

除了壳牌项目，Politifact在2012年12月的更新中还列出了另外6个正在进行的项目，包括伊利诺伊州迪凯特价值约2亿美元的工业碳捕获和封存项目。造价28.8亿美元的肯珀综合气化联合循环工厂位于密西西比州肯珀县;耗资25亿美元的得克萨斯州Penwell清洁能源项目;耗资28亿美元的加州贝克斯菲尔德氢能项目;以及价值16.5亿美元的“未来发电2.0”(FutureGen 2.0)项目。2011年，由于成本不断上升，原“未来发电”(FutureGen)项目被叫停。

但最近几个大型项目的取消并不是个好兆头。

投资2.78亿美元的Swan Hills合成燃料项目和投资14亿美元的TransAlta项目都在加拿大，由于成本和廉价的天然气而被取消。美国电力公司(American Electric Power)位于弗吉尼亚州西部纽黑文(New Haven)的耗资6.68亿美元的登山站使用的是气化煤，最近由于“美国当前气候政策的不确定性和持续的经济疲软”而被取消。据报道，“未来发电”2.0比原计划晚了几个月。SourceWatch列出了世界各地许多被推迟或取消的项目。

这些听起来像是高价商品，但它们确实是。有人会想，如果这些钱不被更好地用于建造已经更便宜的可再生能源，它会的。但煤炭公司和油砂运营商正在为生存而战，花费几十亿美元在CCS这样的节能措施上，似乎是一个相对较小的代价。

我怀疑CCS是否会有回报。可再生能源的成本曲线表明，在2020年之前，太阳能和风能将降低新建或改造的燃气和燃煤电厂的CCS成本，而在2020年之前，CCS的支持者希望它在经济上可行。

瑞银集团(UBS)的一项新分析发现，美国未经补贴的新型屋顶太阳能光伏发电的LCOE成本为每千瓦时0.24美元，比11个欧洲国家的电网成本更低。美国公用事业规模的太阳能发电价格低于0.09美元/千瓦时(而且还在下降)，这是很难被击败的。

除非世界各国决定在可再生能源成本曲线大幅下降之前，对碳进行积极的定价，否则CCS看起来就像一个行尸走肉。