美国加大二氧化碳去除力度的政策

问题摘要24-01由迈克尔·托曼,詹姆斯·博伊德,AlanKrupnick,andEmilyJoiner-2024年4月 二氧化碳去除(CDR)涉及化学或生物过程的应用，通过这些过程，二氧化碳(CO2）可以从大气中移出并储存在不同的水库中。这些水库包括土壤，海洋，地下（地质）储存地点，长寿的木制品和像森林一样的活生物质。 在CDR功能方面取得了快速而显著的进步，随后大规模安装CDR。在接下来的内容中，我们总结了我们认为美国CDR政策需要创新来实现这些目标2 政策建议有一些基本原则。需要公共部门对CDR研究、开发和示范的支持。然而，随着技术的成熟，公共部门的支持应该缩减，转而支持依赖私营部门激励措施的政策，为所需的CDR能力的主要积累提供资金。政策应该基于技术性能和成本 在1992年《联合国气候变化框架公约》主持下的2015年《巴黎协定》确立了限制全球平均气温上升的目标将温室气体（GHG）控制在2.0°C以下，并尽可能接近1.5°C，以限制气候变化的危险影响。要实现这一目标，就需要国际社会共同努力，到本世纪中叶将温室气体减少到零。许多分析师得出结论，即使采取了限制温室气体排放的积极措施（尚未实现），如果不大幅增加CDR，实现巴黎温度限制是不可行的。 CO2removalacrossaportfolioofapproaches.However,negativesideeffectsalsomustbeidentifiedandaddressedinatimelyway.Finally,CDRpolicyshouldbe 旨在利用与温室气体缓解措施协调的好处。 1.二氧化碳去除技术和成本 减少大气CO的存量2如果像目前所担心的那样，排放“超过”实现温度限制的轨迹。 ARI（植树造林，重新造林和改善森林管理）包括为扩大森林碳汇而采取的行动，包括储存在土壤中的碳。它还包括储存在长寿命木材基产品中的碳。3ARI成本估算范围从$10-$100/ Smithetal.(2023)describethelackofnationalgoalsforCDRaroundtheworld,andthelackofadequatepolicies DAC(直接空气捕获)使用化学过程来 tCO2stored.4在此范围内，没有中央成本 去除CO2直接从空气。DACCS（直接空气捕获与碳储存）增加运输（通过管道或其他方式），如果需要和长期CO的地下储存2。因为DAC设施旨在去除CO2在浓度发现在空中，它们不必位于源附近的CO2emissionsbutcouldbelocatednearstories.DACcostsforthetwomostcommonremovalstrategiesare$90-$220/tCO2用于使用固体材料吸收CO的化学过程2从空中和$150-$600/tCO2用于使用液体的化学过程溶解CO2空中（Hong2022；McQueen等人2021；Ozkan等人2022；Sinha和Realff2019）。两种方法之间的成本差异是由后一种方法的更高的热能需求驱动的，不包括运输和储存成本。 估计：由于森林特征和森林隔离策略的差异，基于森林的CDR成本差异很大（例如Procedre，造林与改变了收获做法)。土地利用转化为森林的机会成本(如Procedre，它在替代用途中的价值，如农业或牧场)和森林管理的变化(如Procedre，延迟收获的商业机会成本)也有很大差异。 BEC（具有碳捕获的生物能源）是通过燃烧或发酵和精炼为燃料来生产和使用植物生物质作为供应能源的原料。BECCS（具有碳捕获和储存的生物能源）增加了运输（通过管道或其他方式）和二氧化碳的长期地下储存。碳捕获和储存（CCS）用于去除CO2来自使用各种化学反应的烟气。Fuss等人(2018)估计BEC通过燃烧成本$80-$200/tCO2，未指定原料。Sanchez等人（2018年）估计，用生物乙醇发酵捕获的成本为30美元/tCO2尽管也存在与从生物质原料生产生物乙醇相关的成本。 还有其他方法，例如粉碎某些类型的岩石以增强CO2通过自然风化或增加海洋碱度的吸收。然而,这些方法都处于发展的早期阶段。 BiCRS（生物质碳去除和储存）涉及植物捕获大气碳，然后将植物生物质放在抑制分解的位置，例如地下深处或海洋深处。另一种BiCRS方法是海洋铁施肥促进浮游植物CO2摄取；当浮游植物死亡并落入海底时，储存就会发生。BiCRS成本并不那么有据可查。成本从生物质来源运输到储存地点 评估任何CDR技术的一个关键考虑因素是衡量其生命周期减排量——它创造的减排量减去在使用该技术过程中创造的温室气体排放。对于ARI，BECCS和BiCRS，这需要考虑与生长生物质相关的排放，对于BECCS和BiCRS，与收集和运输生物质相关的排放。对于BECCS和DACCS，生命周期减排分析需要考虑与大量电力相关的排放。 用于操作设施5 (Stolaroffetal.2021).A 最近的研究估计了“木库”储存的成本，在那里防止了木质生物质的分解 通过厌氧密封选项，价格为$10-$50/tCO2（曾和豪斯曼2022）。 此外，尽管重新造林和造林是众所周知的过程，但一些障碍阻碍了它们在可靠的大规模CDR中的应用： 2.增加造林和再造林的政策 由美国农业部自然资源保护局管理的联邦计划为植树造林和再造林提供成本分摊。62021年的《基础设施投资和就业法案》和2022.7的《通货膨胀减少法案》（IRA）中包括了值得注意的新成本分摊资金注入。其他计划旨在刺激创新 额外性为了衡量旨在增加CDR投资的政策的绩效，必须将投资和由此产生的排放量的量化与反事实的照常结果进行比较。例如,假设森林所有者声称通过将收获延迟10年而产生了CDR信用。问题在于，所有者可能出于完全商业原因而选择推迟收获。 在木制品利用中，从而扩大对可替代碳密集型产品的林产品的需求，如水泥和钢8. 持久性由于树木的自然或收获的生命周期以及火灾、疾病和其他风险的可能性，森林碳固存的持续时间本质上是无常的。 IRA的设计并不能确保资金 将针对植树造林，最有效的陆基CDR投资。此外，将需要大量的融资和土地使用变化来增加基于土地的CDR。例如，Wear和Wibbemeyer（2023）得出的结论是，在一切照旧的情况下，从现在到2060年，美国森林碳汇平均每年将减少0.73千兆吨（比2021年每年减少0.84千兆吨）。在30年内，每年增加300万英亩的森林面积，平均每年减少到0.95千兆吨。换句话说，将美国森林覆盖率扩大到大约相当于蒙大拿州的面积，相对于2021年的年度CDR仅增加了。0.11Gt。这将花费每年5-70亿美元(大约每吨CDR17-24美元）。 泄漏泄漏是指在一个位置采取的CDR动作将触发在另一个位置的减少的存储的可能性。例如，如果某些森林的管理者推迟收获作为CDR策略，则可以激励其他森林的管理者加快收获。如果将农业用地造林或转为生物能源种植，则其他土地可以转换为农业。量化泄漏是困难的，因为它是由复杂且通常是全球市场力量决定的。 因此，基于森林的CDR移除主张经常受到怀疑，即使在政府监管（而不是自愿）的森林碳信用计划（Greenfield2023;Elgin2021;IEMAC2022）中也是如此。因此，关键的政策挑战是设计改进的方法来评估，并根据需要纠正基于森林的CDR删除中的失真。 3.提高BECCS和DACCS的能力 促进扩大DACCS和BECCS的政策将重点从支持投入 转移到 (投资)对产出(移除CO2）。由于此类投资仍面临成本风险，对私人投资构成障碍，因此推进市场承诺 （AMC）可以由政府（和“先驱”私人投资者）使用，以商定的价格在指定的时期内使用新兴技术购买指定数量的清除措施。11各种机制，例如反向拍卖，可用于促进有效的采购。12AMC比更先进阶段的技术赠款更好，因为它们为开发商提供了动力和时间来大规模建设，以履行增加这些承诺的承诺技术。原则上，可以以预算中立的方式将IRA中的税收减免更改为公共融资的AMC。 BECCS和DACCS面临的关键挑战是提高其去除CO的能力2andlowingtheircosts.Marketfailuresassociatedwithearly-stageinnovationargueforgovernmentsupportforresearch,development,anddeployment.Onesuchfailureisthenon-appropriableofinnovation’sbenefits(arising 从新信息的公益性质来看)，这抑制了进行早期创新的动力。美国政府支持BECCS和DACCS的碳捕获方法研究，以及对示范工厂的初始投资。9作为其中的一部分，IRA扩大了对碳固存的45Q税收抵免，以支持对DAC和BEC的早期投资（后者通过支持CCS）。10。 4.补充政策 BECCS和DACCS面临的更广泛的挑战是，需要在早期试点和示范项目之外增加投资规模。通过“边做边学”来实现商业规模的投资提供了新的见解，这对于改进新技术和降低感知的财务风险至关重要。 美国似乎有坚实的监管基础来解决与CO管道运输相关的健康和安全风险2移除及其长期地下储存。13考虑土地使用管理方面的监管改革，以确保设施能够公平有效地选址，所做的工作要少得多。 此外，私人资本市场可能会高估与新开发技术相关的风险，或者要求在 他们是因为很难分散他们的风险。然后，一项新技术必须通过投资资本稀缺的“死亡之谷”，才能朝着市场层面的应用迈进。 Aadditionalconcernsishowthecostsoftransportationandstoragecanberecovered,whilelimitedtheabilityofpipelineandstoragefacilitiestosetunefficientlyhighpricesbecauseoflimitedcompetition.Siting 捕获设施和CO2管道引发了与土地利用相关的主要分布和公平问题， 2022年，管道和危险材料安全管理局发布了管道输送CO的具体安全措施2这些规则包括为现有管道制定应急准备计划，提供管道安全咨询公告，并通过竞争性学术赠款资助管道安全的进一步研究（PHMSA2022）。 净温室气体排放量可以通过做更少(更多)的更(更少)昂贵的选择来实现。 但是，如果没有明确的法律基础和可行的解决土地使用纠纷的方法，CDR就无法有效和迅速地扩大规模。2输电服务必须与这些管道将拥有的市场力量相抗衡，这是当今调节天然气管道的理由。有可能在区域或国家范围内也将有有限数量的存储站点可用。然而，公司在输电和存储方面进行了巨大的投资 如何追求大规模CDR投资和总体成本效益的激励措施？一个假设的选择将涉及政府对化石燃料和其他排放源征税，以反映其每单位产出的温室气体排放潜力。税收越高，这将刺激更多的缓解措施。然后，政府可以使用税收来资助CDR使用有效的采购方法（如上一节中提到的反向拍卖）。The.政府不会接受任何罢免CO的提议2以高于CO税的投标价格2上述产品税所隐含的排放，因为CDR的较高投标价格将意味着以高于缓解增量成本的增量成本为CDR融资。14抛开碳的强烈负面政治环境- 设施还必须有一定的保证，这些成本可以随着时间的推移而收回。 扩大CDR的关键问题是对局部空气污染的后果。捕获设施可能会导致附近空气污染增加。更重要的是，由于化石燃料发电的使用增加，以满足CDR设施的大量电力需求，至少在电网脱碳之前，当地空气污染和温室气体的潜在增加。同样令人担忧的是，引入CDR可能会降低脱碳压力并延长运行时间。 基于美国的税收，这种方法将需要相当多的机构基础设施来处理投标和监控CDR投资，以确保它们符合提供的CDR数量。此外，随着净排放上限的下降，减少了税收，而CDR技