负排放技术（NETs）

从本质上讲，NETs或负排放技术指的是可能从大气中去除和封存CO2的技术集合。

负排放技术（NET）越来越重要，由于其对地球和水生态系统的影响，它们也被称为可以增强自然碳汇的技术。

图1. NET技术（图片来源：Jan C Minx et al. 2018）

NET包括众所周知的技术类别，如造林和再造林、土壤碳封存、生物炭、直接空气捕集，甚至海洋施肥（见图1）。

NET越来越被视为将气候变化控制在2摄氏度以下的最重要选择，而BECCS是生物能源和碳捕集与封存技术的结合，也是这一群体的一部分。

政府间气候变化专门委员会（IPCC）等全球机构强调了BECCS作为一种重要的净负排放解决方案，在不同气候变化缓解方案中的作用。

然而，尽管它们有特定解决方案的潜力，但每一种选择都代表着挑战，并不是只有一种特定的净排放量才能可持续地将变暖保持在所需的阈值以下。

但负排放技术（NET）的结合很可能对实现气候目标做出重大贡献。当然，这可以通过在需要的地方，部署所需要规模的具有成本效益的解决方案来实现。此外，维持不意味着环境和社会权衡的运营条件。

BECCS

既然我们了解了负排放技术（NETs）的基本知识，我们就可以更好地理解什么是BECCS，并探索为什么这种解决方案可以实现净零，或在低碳能源供应方面具有巨大潜力。一般来说，生物质能源碳捕集与封存，或简称之为Bio-CCS或BECCS，被定义为从生物质中产生能量，然后在碳捕集技术的帮助下重新捕集CO 2 后，将CO 2 运输到地质储层封存的过程。BECCS 技术结合了生物质能和碳捕集与封存（CCS）技术，通过捕获生物质燃烧或转化过程中产生的 CO2 并进行封存，实现负碳排放，是实现全球温室气体稳定在较低水平的关键技术之一。

图2. BECCS的概念（图片来源：Jasmin Kemper，2018）

BECCS涉及从生物来源捕集CO2，并将其永久封存在某种储层中的任何能量途径。这意味着，通过光合作用结合在生物质中的碳对能源生产有价值，然后通过燃烧、发酵或气化将其转化为能源，并通过使用碳捕集与封存技术（CCS）防止在这些过程中产生的CO2流回大气中。CO2在压缩液态的情况下，被封存在包括咸水层或枯竭的油气田在内的地质储层中（见图2）。在理想的情况下，这是一个净零去除的过程。

BECCS 技术应用现状

• 截至 2019 年底，全球共有 8 项 BECCS 项目，其中 5 项正在运营，主要应用于乙醇生产、电厂和水泥厂。
• 我国 BECCS 技术发展相对缓慢，但已有生物质发电和燃煤耦合生物质发电项目，并取得了积极进展

BECCS 技术应用潜力主要影响因素

• 生物质资源量：生物质资源量是影响 BECCS 技术应用潜力的关键因素，我国生物质资源丰富，但分布不均。
• 技术成熟度：生物质利用和 CCS 技术的成熟度将影响 BECCS 技术的商业化水平。
• 技术经济性：BECCS 技术的经济可行性决定了其大规模商业化应用的可能。
• 政策不确定性：缺乏直接适用于 CCS 技术的财税和市场化激励机制限制了 BECCS 技术的推广。

BECCS在低碳经济中

政府间气候变化专门委员会（IPCC）第五次评估报告（AR5）第6章强调了一个事实，即全球和国家能源系统的大规模变化，对于未来大幅降低大气中CO2水平至关重要。

在这一紧迫性框架下，已经对116种情景进行了建模，以预测40种不同解决方案的可能影响。

考虑到2100年大气浓度水平在430-480 ppm CO2eq之间，这些情景与将升温限制在2摄氏度以下的概率大于66%一致。

然而，根据AR5的说法，当BECCS在世界各地的部署达到相当大的比例时，大多数缓解方案都是可行的。

总的来说，这些模型是近似的，但它们表明，满足2摄氏度标准所需的BECCS数量应在2100年的0 EJ yr-1（艾焦/年）至561 EJ yr-1之间（见图3）。

图3. 综合评估建模场景（图片来源：IPCC（AR5））

现在，这到底意味着什么？有几种估计可以解释BECCS在实现所需负排放方面的作用。

有两个例子值得一提：

• 假设使用高产能源作物作为原料，BECCS可能在2100年产生3.3 Gt Ceq yr−1（330亿吨/年碳排放量）的负排放，则 需要约380-7000万公顷的土地面积。这一减排量相当于当前人类占用的净初级生产力（NPP）的21%（2000年为15.6 Gt C yr−1），或全球潜在NPP总量的4%。
• 另一方面，假设生长期的平均碳吸收量为3.4 t Ceq ha−1 yr−1（3.4吨碳/公顷年），则计算的AR（IPCC）面积为~320和~970 Mha（百万公顷），分别相当于2100年去除的1.1和3.3 Gt C yr−1。

简单地说，这意味着需要可持续部署约3.3 Gt C yr−1的BECCS，以保持在建议的低于2摄氏度目标（430–480 ppm CO2eq）范围内，需使用约320至970Mha的土地面积。

BECCS解决方案的注意事项

到现在为止，一直都还不错。但从数字来看，这意味着有大量的土地用于生产生物质。

例如，2000年的总农业用地面积约为4.96亿公顷，可耕地和永久作物面积约为1.52亿公顷，因此BECCS的面积（380–700亿公顷）占当前可用农业用地的7-25%。

图4. 2摄氏度和1.5摄氏度缓解情景下对生物能源作物和具有生物质能源碳捕集与封存（BECCS）的土地需求（图片作者：Creuzig等，2021）

正如Smith等人所解释的，BECCS的土地利用强度相当高，在使用森林残留物作为BE原料的情况下，其值范围为~1–1.7 ha t−1 Ceq yr−1，在使用专门种植的能源作物的情况下为~0.6 ha t−2 Ceq yr-1，以及0.1–0.4 ha t−3 Ceq yr1。（见图4）。因此，在大面积的生产性土地上使用BECCS预计会影响可用于粮食或其他生物能源生产以及生态系统服务的土地数量，也会对水资源造成巨大压力，可能会影响生物多样性。

我国 BECCS 技术发展潜力分析

• 基于农林废弃物燃烧发电的 BECCS 技术：该技术可替代化石燃料，降低温室气体排放，并减少农林废弃物露天焚烧带来的环境问题。
• 基于燃煤耦合生物质发电的 BECCS 技术：该技术可降低煤耗，促进能源结构调整和节能减排，并实现负碳排放。
• 基于生物天然气的 BECCS 技术：该技术可替代传统天然气，实现 CO2 直接和间接减排，并具有较大的发展潜力。