引言

气候变化是当前世界可持续发展所面临的最大风险，如何降低温室气体排放，尤其是二氧化碳（carbon dioxide，CO₂），并实现碳达峰是目前备受关注的核心问题。用于隔离大气中 CO₂的负排放技术对于实现温控目标来说不可或缺。生物质能在整个能源系统中占据极其重要的地位，相较于其他能源具有环保、可循环利用以及原料丰富等优点，是仅有的可以以一变多的新能源产品。除了减少CO₂排放外，生物质能燃烧还可以减少氮氧化物、硫化物和颗粒物的排放。碳捕集与封存（carbon capture and storage，CCS）技术是主要的工艺模式及减排途径，该技术主要包括 CO₂捕集、运输、封存三个步骤，同时还研究了以CO₂驱油的方式来增加石油的产量。当前，世界主要的能源研发组织、碳减排积极推动机构及发达国家都已把此项技术看作是未来碳减排的关键。

生物质能联合碳捕集与封存（bioenergy with carbon capture and storage，BECCS）是指融合了生物质能和碳捕集与封存技术，共同进行的一项负排放工艺技术。图1表明，BECCS负排放技术情景下减排差异在 21 世纪末最为明显。如果仔细部署、实施该技术，就可以实现负碳平衡。碳排放量若要维持在较低水平，二氧化碳脱除技术经整体评估后成为BECCS中最主要也是选择最广的负排放技术。预计在2100年，减排力度最高可达减排总量的38%。全球能源碳排放量在2070年前后全面实现净零排放，可达到2 ℃的温控目标；若2050年实现净零则可达到1.5 ℃的温控目标，因CO₂过量排放已经导致全球平均温度上升 1℃，距离1.5℃目标的碳预算仅剩5800亿吨（t），预计2040年前用完。为了适应气候变化，本世纪末的BECCS 技术还需贡献约6000亿t CO₂的累计减排总量。在《2018年排放差距报告》中显示，当以2030为测算时点，碳当量在2℃温升时与国家的减排承诺相差130～150亿t，在1.5℃时差值变为290～320亿t 。Jiang等人的研究指出，到2030年左右且温控目标为1.5 ℃时，BECCS工艺技术的应用将直线上升，CO₂年消减量将从2050年开始以高于8.2亿t的量运行。2030～2050年，BECCS 技术将步入快速发展时期，帮助我国应对资源可持续利用、气候变化、能源安全等方面的挑战，助推“碳达峰、碳中和”目标的达成。

一、BECCS 技术应用潜力的关键影响因素

（一）生物质资源量

生物质原料的资源能力是一项评价BECCS对气候变化发挥作用的重要影响因子。生物质资源中用于可绿色循环使用的能源涉及范围较广。调查显示，我国每年秸秆的理论产量范围在4.33～9.84亿t之间，每年艾焦耳数（EJ/a）在6.22~14.14之间。据统计，中国生物质资源数量在2030、2050年分别达到14.58、17.24 EJ/a。基于BECCS的模拟研究所提出的生物质能在燃料能源市场的使用量也基本在100～300 EJ /a之间。若全球BECCS平均使用效率为30%，这种可持续的生物质资源量在60～300 EJ/a范围内。

（二）技术成熟度

在能源经济和工业生产中，CCS的应用和生物质能的循环可持续利用均未大规模开展。较先进的生物能技术目前处于研发阶段，各运行过程难以预测。CCS安全环境问题包括捕集过程中的高耗能和随时可能产生的其他污染物，运输过程中的可能泄漏和产生的安全及污染问题，封存过程中的可能泄漏而影响人类身体健康、破坏陆海生态系统、污染水质资源等。

（三）技术经济性

BECCS既要考虑CCS和生物质能成本，又要考虑不同技术之间产生的成本差别。生物质相比煤炭，其碳含量和热值较低，CO₂捕获成本较高，预估每吨CO₂价格为45～250美元。由于原料类型之间的差异，导致成本范围较大。这也提出了使用哪种生物质的问题，同时要综合考虑总成本、产量、土地可用性和运输方式等关键因素。根据国际能源署调研，全世界开发建设项目预计在2050年达到3400个，并且需要5万亿美元资金支持。

（四）政策不确定性

我国在BECCS项目上还没有相应的法律法规，没有明确的政策，这些将限制我国BECCS工作的开展，并且我国的碳市场尚未将其纳入其中，制约了其推广。目前很多国家的政策法规 相当笼统，立法机构不够清楚，距离大规模商业化目标还有较大距离。

二、中国生物质能联合碳捕集与封存技术发展方向

（一）基于农林废弃物燃烧发电的BECCS技术

中国年均产出大约7万亿t农作物秸秆，除去直接作为能源、饲牧草、工业纸张产品和还田沤肥等，仍有约2亿t左右的农业废弃秸秆浪费，换算过来约1亿t标准煤。目前采用生物质燃烧发电这一技术是我国大规模处理农林废弃物的主要方式之一。农林废弃物具备可持续发展、循环利用、资源富集、使用方法多样的优势。目前，我国农林废弃物每年减排CO₂总量约5700万t。利用燃烧发电技术可大面积消耗农业废弃物，环保效益显著。

（二）基于燃煤耦合生物质发电的BECCS技术

燃煤耦合生物质发电可以减少煤耗、推进能源结构转型和节能降耗。生物质作为发电的固体燃料，与煤炭相比通常含水量较高、含硫量较低。木质生物质颗粒由于其较高的能量密度，是燃烧发电厂最常用的生物质燃料。生物质发电站配备了高效（>99.9%）的污染物去除技术，但仍有可能少量飞灰和烟气杂质会到达碳捕集设施。随着更多降解物的形成，溶剂粘度和腐蚀性增加，胺量减少，导致吸收能力降低，直到溶剂被回收，产生了与之相关的成本。了解用于生物质燃烧的胺溶剂降解的预期影响对预测BECCS工厂的运营成本非常重要。

（三）基于生物天然气的BECCS技术

生物天然气年产量将在2025、2030年分别达到100亿m³、200亿m³。目前可用来制造生物天然气的有机废弃物资源相当丰富，当前我国国内的生物天然气成本一般为2.7～3.0元/m³，相比天然气价格高，盈利较差。

生物天然气生产中最关键的一步是对沼气中CO₂进行自然分解，将分离出的CO₂储存起来，或者用它作为反应原材料，减少这种温室气体进入大气，从而达到对CO₂的间接减排。生物天然气工业可实现温室气体减排32.9～43.6亿t，温室气体排放量则降低10～13%。

三、结语

减排目标、碳捕集与封存能力的进展以及生物质资源可用性是BECCS的规模化生产开始和进展的决定性原因。相关部门应当加速推动跨领域的BECCS科技合作平台建立，做好BECCS科研示范工作以适应未来的减排压力，同时聚焦于负排放技术基础研发，把BECCS技术作为国家适应气候变化战略的框架，在发展进程中正视BECCS技术所面临的风险，并采取适当的措施降低风险，及时调整和优化能源结构以应对BECCS工艺技术对其他可再生能源带来的严峻挑战，最大程度上实现多种能源技术并存发展。基于技术进步、生物质供应链、碳汇等因素，探索我国 BECCS 项目的最优布局，评估其在应对气候变化方面的潜力，实现BECCS规模化部署的目标是下一步研发拓展的方向。

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