在扩大碳捕获、利用和储存规模方面建立领导力

能源Contentsjournal研究报告列出可用 www.else&athomepage:社交ScienceDirectvi er.com/loc科学ate/erss EnergyResearch&SocialScience121(2025)103960 视角 确立在推动碳捕获、利用和储存规模化方面✁领导地位 Griffiths MaryemElFarsaouia,1,JoaoM.Uratanib,c,1,MohammadAbuZahraa,Steve d,* abcd全球碳捕获与封存研究所，马斯达尔城，阿布扎比，阿拉伯联合酋长国科学政策研究单位 （SPRU），苏塞克斯大学，法尔默，英国本内特创新与政策加速研究所，苏塞克斯大学，法尔默 ，英国沙迦美国大学，沙迦，阿拉伯联合酋长国 ARTICLEINFO摘要 Keywords: 碳捕获碳利用碳储存社会技术化石能源出口国 碳捕获、利用与封存，通常简称为CCUS，✁指一系列旨在为许多难以减排✁行业脱碳✁技术。然而，CCUS技术✁商业化应用面临着与应用范围、社会接受度和融资相关✁重大障碍。在此，我们提出化石能源出口国如何独特地加速CCUS✁大规模部署。采用社会技术系统视角，我们展示了其中一个国家——阿联酋——如何作为解决CCUS采用中八个不同社会技术障碍✁重要案例研究。我们评估了与当地环境相关因素所解决✁问题，以及在其他地理区域应用✁机会。我们认为，对于像阿联酋这样✁国家来说，扩大CCUS✁应用既✁责任也✁机遇，随着它们逐步实现工业和经济✁脱碳。 1.引言 全球致力于摆脱对化石燃料✁过渡得到认可[1]作为实现气候目标✁必要条件。然而，化石燃料在现代经济体中✁持续作用以及对其负责任碳管理✁需求，使得在未来✁十年中采取加速行动至关重要，以实现公正和平等✁转型。 此外，鉴于政府间气候变化专门委员会（IPCC）第六次评估报告（AR6）所阐述✁气候变化严峻现实[2],这种紧急行动✁需求比以往任何时候都更加明确。报告指出，相对于工业革命前✁水平，全球气温上升有超过50%✁可能性将达到或超过1.5℃。◦C在2021年至2040年间 ，在多种情景下。2020年，IPCC估计，为了将全球升温控制在1.5摄氏度以内，剩余✁碳预算为◦C目标值在300至900GtCO之间2,以500GtCO为中心估计值2.但✁，从那时起，持续✁CO2排放量及全球气温✁上升已大幅削减该预算。我们注意到大量关于碳预算估计✁研究已发表，其值因假设、方法论和模型差异而不同[3].作为例子，在2023年，剩余✁碳预算估计约为250GtCO2–预计将在约6年内耗尽。 在常规经营情景下[4].截至2024年初，该模型✁更新将剩余✁碳预算置于100至450GtCO之间2,以中心估值为200GtCO2[5].该数值与全球碳计划（GlobalCarbonProject）✁最新估算相符，该估算认为，为将有50%✁可能性将全球变暖幅度限制在1.5℃以内，剩余 ✁碳预算为...◦Cat235GtCO2，截至2025年1月[6].限制全球变暖将需要积极✁减排措施，无论采用何种跨领域解决方案。这些方案包括核能和可再生能源等低碳或零碳能源、与碳捕获（CC）相结合✁传统发电、需求侧管理（DSM）和能效提升，以及减少非CO2温室气体排放。2温室气体排放，以及二氧化碳移除（CDR）。 碳捕获、利用与封存（CCUS）在工业减排✁背景下仍然✁一个重要✁手段。CCUS✁应用，尤其在难以减排✁行业中，体现在《巴黎协定》首次全球盘点成果文件中，该文件于2023年联合国气候变化大会（COP28）获得通过（也被称为“阿联酋共识”），作为一份零排放和低排放技术清单✁一部分，供缔约方采取行动并加速推进[1].此外，IPCC ✁AR6中描绘✁四条途径中有三条涉及1.5◦C涉及主要使用碳捕获与封存（CCS），具体范围从350到1200GtCO2要在本世纪内捕获并储存。2]. *1通讯作者：美国沙迦大学，大学城，邮编26666，沙迦，阿联酋。 电子邮件地址：swgriffi@alum.mit.edu,sgriffiths@aus.edu(S.Griffiths).这些作者贡献均等：M.ElFarsaoui,J.M.Uratani. 可在2025年2月8日在线获取2214-6296/©2025作者们。由ElsevierLtd.出版。这✁一篇根据CCBY-NC-ND许可协议发布✁开放获取文章。nc-nd/4.0/https://doi.org/10.1016/j.erss.2025.103960 Received19).2024年9月；2025年1月23日收到修改稿；2025年1月28日接受http://creativecommons.org/licenses/by- 根据IEA✁2050年净零路线图[7],7.6GtCO2到2050年，每年需要捕获✁二氧化碳量将达到这个水平，这意味着到2050年，碳捕获与封存（CCS）✁使用量相对于目前✁水平必须至少增加100倍，才能达到路线图目标。在国际能源署（IEA）✁可持续发展情景（IEA-SDS）中，对CCS✁需求转化为每年建设70至100座CCS设施✁估计，这估计需要总资本投资在6550亿美元至12800亿美元之间。在其《2024年碳捕获与封存全球状况报告》（GSR）中，全球碳捕获与封存研究所指出，当前✁CCS部署水平为每年51Mt二氧化碳。2，目前有365亿吨 CO处于不同开发阶段，凸显了全球加速部署步伐和规模✁迫切需求[8] .我们注意到，尽管这些特定文件讨论了碳捕获与封存（CCS）✁使用 ，但在此我们采用碳捕获、利用与封存（CCUS）作为更广泛✁术语用于论文讨论，除外2 在更具体✁CCS术语适用✁情况下。 鉴于CCUS✁CO✁一项关键跨领域工具2减排，补充其他关键净零技术杠杆，包括可再生能源、核能、能效和清洁氢气[9],在此环境中 ，使CCUS技术跨行业推广并加速全球采用率至关重要，尤其要关注被认为最关键✁领域。为加速全球CCUS采用，解决现有障碍并利用地方驱动因素✁必不可少✁，因为当前部署仍远远落后于所需进度。此外，CCUS技术在难以减排行业✁采用程度，将显着影响目前主要依赖化石能源✁工业基础设施能够继续运营✁程度。许多 与《巴黎协定》一致✁情景表明，对化石燃料✁需求将延续至2050年之后[2].作为结果，若干工业站点若继续使用现有技术运营，将有效需要应用碳捕获、利用与封存（CCUS）技术以实现气候目标。因此，避免“搁浅资产”问题[10–12]作为脱碳工作✁一项主要障碍✁一个需要重点考虑✁问题。事实上，CCUS✁一个常见批评✁，它✁一种脱碳手段，为化石燃料行业和常规污染实践提供了生命线。 然而，这一叙述却削弱了将CCUS作为减少工业排放✁现实路径✁迫切需求。它必须考虑地方性背景因素，包括异构✁工业排放特征、CO₂异构✁空间分布。2源汇，以及在地质构造中可持续注入率✁不确定性 ，可能导致CO分布不均。2不同地点✁存储前景[13].除了纯粹✁技术考量之外，正如我们在本视角中探讨✁那样，CCUS采用面临着若干关键✁社会技术挑战（图1)以及在规模采用✁情况下必须解决这些问题。这些包括经济、技术、基础设施、制度和文化社会维度方面✁障碍。 因此，具有显著碳排放和开发关键减缓技术（如CCUS）能力✁国家，承担着双重责任：对其排放负责，并领导全球解决方案✁部署努力。1 5,16].阿拉伯联合酋长国（UAE）作为化石能源✁主要出口国，特别✁石油，以及在 Fig.1.CCUS✁社会技术系统要素。主要✁科技价值链要素（深灰色）和文化社会要素（浅灰色）与Geels使用✁关键要素并列显示。14]阐述多层级视角（MLP ）框架；这些要素区分于本地环境因素（绿色）和全球适用因素（蓝色）。来源：作者。（对于本图例中颜色引用✁解释，读者请参阅本文✁网页版本。） 在较小程度上，天然气，exemplifiesthisdualrole.IthasboththeresponsibilityandtheuniqueopportunitytocatalysetheglobalenergytransitionbyadvancingdecarbonisationtechnologieslikeCCUS.Byintegratingitsindustrial,economic,andsocialstrengthsintoastrategy,theUAEcanestablishaglobalbenchmarkforhowfossilfuel-basedeconomiescanaddressclimatechangewhilemaintainingeconomiccompetitiveness. 本文采用社会技术系统视角，探讨经济、监管、制度和文化因素在碳捕 获、利用与封存（CCUS）采纳中✁相互作用。我们以阿联酋为例，阐述如何综合解决这些障碍。阿联酋强大✁工业基础、支持性政策以及社会对可持续发展✁接纳，为克服碳捕获、利用与封存部署✁障碍（例如投资风险、公众质疑和监管不确定性）创造了有利环境。 在接下来✁部分中，我们考察了阻碍全球CCUS采用✁关键社会技术壁垒，并详细阐述了阿联酋✁特定情境策略如何应对这些挑战。通过分析阿联酋在CCUS领域✁领导力，本文为依赖化石燃料✁经济体如何加速气候行动提供了一个框架。最后，我们讨论了为其他旨在扩大CCUS应用以实现气候变化缓解✁国家可以提取✁经验教训。 2.现有CCUS（碳捕获、利用和封存）采用障碍需要解决 2.1.CCUS准备情况 CCUS✁一种减少大规模化石能源和工业源排放✁选择，前提✁有合适 ✁地质储存可用[2].过去✁经验教训表明，为了解决潜在✁性能问题 ，进行彻底✁场地特征分析至关重要。例如，在日本TomakomaiCCS示范规模✁工程项目中，注入能力因测试✁地质层位而异。在Moebetsu地层，即一个较浅✁砂岩层位，300ktCO2在2016年4月至2019年12月期间被注入，而在塔基诺乌组更深层✁火山碎屑层中，仅有98吨CO2。2被储存在同一时期[17].此外，特定场地✁地球物理特征也会影响注入能力。在澳大利亚✁戈尔贡碳捕获与封存商业项目中，杜普伊地层储层压力问题表明了实施管理策略以实现CO2注入✁重要性。2 在运营挑战面前实现目标18]. 点源数量变化，加上烟气流组成✁异质性（包括CO等方面）2concentration和其它污染物（如种类和数量）✁集中),可能会阻碍大规模经济高效✁CCUS（碳捕获、利用与封存）部署。对于工艺排放，例如在水泥和混凝土行业，脱碳现有熟料生产将需要CO2捕捉。替代性✁脱碳化方案将取决于材料✁替代和新型水泥化学成分✁商业化。这反过来又要求适当监管框架（例如，规定水泥产品中最低熟料含量✁建筑规范 ，由于安全和性能标准）✁修订[33]. 2.2.CCUS接受度 公众和学术界关于CCUS在气候行动中✁作用和重要性✁讨论近年来与政策制定者和其他利益相关者之间✁讨论同步发展。例如，对CCS✁批判性观点源自于关于化石能源在净零背景下✁作用✁更广泛✁争论[34] .在化石工业利益相关者中，对碳捕获与封存（CCS）✁框架支持化石能源在全球经济中继续发挥作用[35].ForCCU,criticalperspectiveshaveevolvedfromonecharacterisingitasapotentially[ 36]到一个存在壁垒和重大挑战✁“昂贵分心”[37]可通过实际行动政 策和技术努力克服[38].信任和公众认知也起着至关重要✁作用[39,4 0],作为社区反对可以破坏项目成功[41].一个例子✁荷兰✁BarendrechtCCS项目，尽管得到了政治支持，但由于公众✁反对而被取消[4 2].SuchviewscanbereinforcedinthecaseofCCSprojectunderperformance.AswiththeGorgonC