面对无碳化石燃料的神话:为什么碳捕捉不是解决气候问题的办法

CCS不是碳负的，甚至不是碳中性的

CCS和CCUS指的是收集或“捕捉”高排放活动(如燃煤和燃气发电或塑料制造)产生的二氧化碳，然后将这些捕获的排放运输到用于工业生产或储存在地下的场所的过程。［1］

CCS不去除大气中的碳，尽管它经常被错误地与“二氧化碳去除”或“负排放”技术混为一谈。在最好的情况下，CCS可以阻止由碳基燃料燃烧引起的一些排放到达大气——前提是捕获的气体不会稍后释放出来。

然而，在实践中，CCS掩盖了潜在来源的有害碳排放，使该来源能够继续运行，而不是完全被取代，同时又产生了与CCS基础设施本身相关的额外风险、影响和成本。此外，将捕获的碳注入油井以提高石油采收率——目前CCS最普遍的应用——通过提高石油产量和延长化石燃料时代，加剧了全球变暖。［2］

大规模的CCS既不可行也没有必要

CCS技术未经证实的可扩展性和高昂的成本意味着，它们无法在快速减少全球排放、将升温控制在1.5摄氏度的过程中发挥任何重要作用。尽管这项技术已经存在了几十年，迄今为止政府补贴了数十亿美元，CCS的大规模部署在可行性、有效性和费用方面仍面临着不可克服的挑战。

• 现有的CCS设施捕获不到全球碳排放的1%。

目前在全球运营的28个CCS设施只能捕获化石燃料排放的0.1%，即3700万吨CO₂每年。其中只有19%，也就是7百万吨，被捕获用于实际的地质封存。［3］正如下面所讨论的，其中的绝大部分被用来生产更多的石油。

• CCS试点项目一再承诺过高，但却未能实现。

2017年在休斯敦附近的一个燃煤发电站安装的佩特拉诺瓦碳捕捉设备表明，CCS未能实现有意义的减排，而将CCS应用于化石燃料的提取和使用是愚蠢的。

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在运行过程中，碳捕获系统只捕获了电厂总二氧化碳排放量的7%——远远低于该公司减少CO的承诺₂排放量减少了90%。［4］从佩特拉诺瓦捕获的碳曾被用于提高石油采收率，但2020年油价和需求的崩溃使这种做法变得不经济。CCS操作和为其提供动力的燃气电厂被无限期关闭，留下燃煤电厂仍像以往一样排放密集。［5］

• 避免气候灾难最可靠的方法不包括CCS．

根据政府间气候变化专门委员会(IPCC)的说法，最有可能将升温控制在1.5摄氏度或以下的减排途径是限于没有使用工程碳捕捉技术。这一途径包括快速淘汰化石燃料，同时限制碳的去除天然来源例如重新造林和提高土壤碳吸收。［6］IPCC指出“未来CCS部署的不确定性”[7]鉴于“储存安全和成本方面的考虑”，他对依赖这项技术提出了警告。[8]以及“从地质储存和二氧化碳运输基础设施中泄漏二氧化碳的不可忽视的风险。”［9］

2021年1月，国际气候行动网络(Climate Action Network International)的1500个成员组织通过了一份共同立场声明，称全球最大的气候组织网络“不认为目前设想的CCS应用是经过验证的可持续气候解决方案”。这些组织警告说，CCS“可能会分散人们在短期内采取跨部门协同行动以大幅减少排放的需要。”因此，CAN敦促“所有对化石燃料和使用或支持继续使用化石燃料的技术(包括CCS)的政府补贴、贷款、赠款、税收抵免、激励和财政支持，都应该尽快取消。”［10］

• 在没有CCS的情况下，1.5 C途径也是可能的。

通过快速电气化和化石燃料的逐步淘汰，将运输、工业和建筑部门转变为100%清洁的可再生能源，并通过改善土地管理和恢复，加强自然碳封存，有可能将气候变暖保持在1.5℃或以下没有CCS．［11］

• 清洁能源也是更便宜的能源。

可再生能源成本的急剧下降使得太阳能和风能等清洁能源的电气化比化石燃料发电更便宜。［12］彭博新能源财经(Bloomberg New Energy Finance) 2020年的一项分析发现，对于世界三分之二的人口来说，太阳能和风能已经是最便宜的能源。在许多地方，成本的迅速下降使得可再生能源比继续运营现有的煤炭和天然气设施更便宜。［13］

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类似地，成本骤降使电池存储成为比新的天然气峰值电厂更便宜的选择，以确保电网的可靠性。［14］联邦能源情报署(Energy Information Administration)预计，到2021年，可再生能源将占美国新增发电能力的71%。［１５］

没有考虑到能源转型的市场和对燃煤和燃气发电厂的技术干扰，不仅意味着它们被替代能源取代，而且被系统性地高估[16]但同时，“绝大多数这些常规设施在未来十年左右的时间里将在财务上无法生存，它们的资产将陷入困境。”[17]在这些即将陷入困境的发电厂上采用CCS技术，在经济上是没有根据的，在环境上也是不健康的。

• 从纯粹的经济角度来看，CCS没有任何意义。

经济学家和能源分析师指出，CCS项目“与可再生能源和能源储存技术等其他减少温室气体排放的选项相比，成本高得令人望而却步。”［18］在以化石燃料为燃料的发电厂中加入CCS不可避免地会使底层能源的运营成本更高。正如上述能源转型研究的作者所总结的那样，“综合碳捕捉和储存(CCS)的煤电厂和天然气电厂被双重定价错误(高估)。”[19]由于燃煤和燃气发电站已经比可再生能源成本更高，添加CCS只会让它们更不经济，更不必要。

最近的一项关于在燃气发电厂使用CCS的经济可行性的评估证明了这一事实，指出成熟的碳捕捉技术并不适用于天然气，对化石天然气造成的能源损失甚至比煤炭更大。［20］对于新建的燃气电厂来说，CCS可能会使建设成本增加一倍以上，并使能源生产成本(即能源均等化成本)增加多达61%。［21］

因此，CCS对燃气发电厂来说并不经济，即使它充分利用了现有的联邦补贴(如下所述)，而且捕获的碳被用来生产更多的石油。［22］该研究作者提出的解决方案是向CCS注入更多的联邦资金。

更简单、更可靠、更廉价的解决方案是，结束对化石经济的补贴，并将节省下来的资金用于加速向清洁能源的过渡。

即使对于难以脱碳的工业部门，CCS也不能解决问题

2019年，工业部门占美国温室气体排放的27%。［23］随着CCS在能源领域广泛应用的理由迅速消失，CCS的支持者越来越多地主张，需要CCS来减少钢铁、水泥、石化和铝等重排放行业的排放。

尽管这些行业脱碳的挑战是真实存在的，但CCS在重大减排方面的潜力经常被过分夸大。工业碳捕捉与封存的倡导往往忽视或低估了成本、化石燃料投入的替代品以及碳在地下运输和储存所带来的风险等因素。

• 将CCS应用于高排放的工业活动，如石化、钢铁或水泥制造业，并不经济。

这些行业产生的温室气体排放来源多种多样——包括电力消费、现场化石燃料燃烧和过程排放——这使得安装和操作CCS比电力行业更加复杂，通常成本更高。

雪佛龙研究人员最近的一项分析强调，这些成本和复杂性削弱了CCS在工业领域的重要性。研究人员从环境保护署确定的1500多家美国工业设施的候选库开始，立即排除了近700家设施，这些设施约占美国所有工业排放的一半，因为涉及的工业，包括石油，天然气和煤炭生产——“不适合进行碳捕集改造。”［24］相比之下，远离化石燃料将大大减少此类排放。

在剩余的656个设施中，研究人员只确定了123个——不到初始池中1500个设施的10%——能够经济地捕获碳，即使充分利用现有的联邦补贴和提高石油采收率。［25］即使在这些为数不多的设施中，许多温室气体排放的主要来源也无法被捕获。

例如，石油炼制行业是除化石燃料生产以外的最大的工业排放来源，但只有不到19%的炼油厂排放能够进行碳捕集。对于包括钢铁在内的金属加工，只有四分之一的过程排放可以接受CCS。［26］总的来说，研究人员只确定了68.5吨的二氧化碳₂每年从工业过程中产生的排放可以被经济地捕获。［27］这仅占美国所有工业排放的8%

即使是这个数字也大大夸大了CCS在工业部门的潜力，因为该分析排除了占工业部门排放最大单一组成部分的间接能源投入。[28]作者这样做的理由是，提供的能源来自电网，这意味着相关的排放可以通过其他方式更直接地减少，比如可再生能源。

• 电和热的可再生能源可以大大减少工业排放。

大多数工业部门的排放是通过燃烧化石燃料来产生电力和热量，从而为制造过程提供动力。因此，通过转向可再生能源对电网进行脱碳是削减这些行业排放的最直接途径。例如，世界经济论坛（World Economic Forum）估计，电力密集型铝生产中60%的碳排放量可以通过使用可再生能源发电来消除。[29]今年3月，国际铝业协会(International Aluminum Institute)的一份报告一致认为，在这个能源密集型行业，脱碳电网为显著减少排放提供了最可靠、最直接、可能也是最具成本效益的途径。［30］

按照目前的装备，工业部门不仅使用化石燃料发电，而且还使用工业过程所需的热量。化石燃料燃烧产生的热量占美国工业排放的58%，占全球温室气体排放的10%。[31]来自太阳能和风能等清洁能源的电力有潜力为许多工业系统提供低碳热量。［32］

例如，集中太阳能热系统利用太阳能产生热量。一家公司已经演示了该系统在超过1000摄氏度的温度下也能工作。［33］来自制造水泥过程中窑炉中使用的热量[34]生产铝所需的电力对能源的高需求，［35］在越来越多的工业过程中，清洁的电力来源可以取代化石燃料的消耗，从而大大减少工业温室气体排放的最大单一来源，同时也减少了在这些工业中部署CCS的所谓好处。

• CCS模糊了减排、再利用和循环利用在降低工业排放中的作用。

工业CCS的支持者经常忽略一个事实，即减少钢铁、铝和塑料等高排放行业的工业排放的最有效方法之一是重复利用现有材料，提高回收率，减少作为排放主要驱动因素的原始材料的生产。这种对比尤为引人注目的塑料和石化、水力压裂的过去十年的繁荣推动大规模的扩建的新塑料的基础设施,甚至在世界各地的社区意识到我们需要减少,而不是增加,我们的生产和使用一次性塑料。

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即使是已经被大量回收利用的铝，增加废金属的回收也可以避免每年2亿吨的温室气体排放。［36］用更多的废金属或直接还原铁替代原钢也具有降低钢铁生产排放量的巨大潜力——这一潜力应该被挖掘，因为根据行业分析师的说法，用于钢铁的CCS技术仍然不成熟，在经济上也没有得到证实。［37］

• 将CCS应用于工业资源需要大规模的基础设施建设。

即使假设碳可以从工业过程中有效且经济地捕获，也不能确保它可以安全地隔离。CO的地理分布₂存储站点是CCS在工业上部署的一个限制因素。［38］绝大多数工业设施，包括水泥、钢铁和铝等高排放行业的设施，都是为了确保获得蒸汽、电力、水和终端市场等关键资源，而不是碳储存设施。

因此，在这些部门中，只有一小部分现有或拟议的设施位于适合产地来源证的地区₂存储。储存从这些设施中捕获的碳需要一个巨大的新管道网络，有些管道长达数百英里，携带有害的CO₂通过密集的地区。

• 将碳运输到储存地点并将其注入地下会带来更多的风险和成本。

正如下文将更全面地讨论的那样，这一现实意味着，已经居住在重工业和潜在的储存或注射地点附近的少数社区将承担越来越大的碳捕捉风险。

CCS使化石燃料系统及其影响永久化

从设计上讲，CCS通过捕获一些原本会排放的二氧化碳，使潜在的排放活动得以继续。CCS的承诺正被用来合理化——并补贴——化石燃料基础设施的持续投资，以锁定二氧化碳的排放₂以及未来几十年的其他污染物。

• 即使在理想状态下，CCS也只能阻止潜在来源的一小部分排放。

化石燃料在其生命周期的每一个阶段——提取、提炼、运输、使用和处置——都会释放出大量污染物，其中许多对人类和环境构成已知或可疑的危害。例如，哈佛大学和伦敦大学学院研究人员在2021年2月发布的一项研究发现，燃烧化石燃料产生的细颗粒物或PM2.5导致了全球数百万人的死亡——2018年，约五分之一的人死亡，或870万人过早死亡，与化石燃料造成的PM2.5污染有关。［39］

CCS没有解决这些危险。［40］事实上，由于CCS本身需要更多的化石燃料来为其提供动力，CCS实际上可能会加剧这一问题。在能源部门，有令人信服的证据表明，在化石燃料中添加碳捕集所产生的负面气候、环境和健康影响远远大于简单地添加碳捕集所产生的影响用清洁的替代品完全替代化石燃料。［41］如上所述，工业CCS的部署也引发了类似的担忧。

• 利用捕获的碳生产更多的化石燃料加速了气候危机．

目前，如果不提高石油采收率或不生产可燃燃料，碳捕集技术在经济上是不可行的，这使得该技术与化石经济密不可分。提高原油采收率(EOR)是一项将CO₂——无论是来自自然资源还是捕获的碳——注入地下油藏，以提高旧油井的石油和天然气产量。从本质上讲,有限公司₂化石燃料燃烧活动产生的废物被用来生产更多的化石燃料，支撑着不可持续的化石燃料能源系统。

迄今为止，超过80%的CCS产能用于提高采收率。［４２］而且，大多数正在积极开发的CCS项目也包含了提高采收率。美国能源部估计，到2030年，仅美国一地的石油消耗量就可能增加480亿桶。[43]从减缓气候变化的角度来看，这是灾难性的，因为这将导致更多的石油开采和更多的石油燃烧碳排放。燃烧CO产生的油的排放影响₂目前，该技术在生命周期分析中并未涉及到与提高采收率的结合。［44］尽管产生的CO₂排放对碳会计人员来说可能是无形的，但它们在大气中的存在及其对气候的影响仍然是真实而重大的。

CCUS的支持者认为，“这是降低CO浓度最有效的策略₂将其转化为有用的化学物质和燃料。”［45］但这些提议面临着一个根本性的挑战:全球二氧化碳排放量比全球产品对二氧化碳的需求大几个数量级。2018年，全球为能源和工业燃烧化石燃料，排放了370多亿吨二氧化碳和其他温室气体。[46]相比之下，中国仅将2.3亿吨二氧化碳用于商业用途——仅相当于年总排放量的0.5%。仅EOR和化肥生产这两种用途就占全球二氧化碳消耗总量的85%以上。[47]所有其他商业和工业用途加起来每年只产生2000万吨二氧化碳——这只是沧海一粟。

吹捧的二氧化碳用途也不可行。利用捕获的碳来生产可燃性燃料，包括通过提高采收率(EOR)来生产可燃性燃料，有违任何应对气候变化的目的，因为燃料会将碳释放回大气中。将二氧化碳转化为化学物质需要大量的能源，这就是为什么只有少数商业化的化学物质大量使用二氧化碳。[48]

例如，将捕获的碳嵌入塑料中的技术目前仅限于实验室环境，在技术上和经济上都没有得到大规模验证。[49]同样重要的是，使用捕获的碳来增加塑料的生产——塑料本身是由化石燃料制成的——将加剧塑料危机，而对解决气候危机几乎没有帮助。[50]

将捕获的碳储存在混凝土中也没有什么希望。如果将一磅二氧化碳嵌入水泥混合料中，则需要将其重量的100倍放入混凝土中;如果将其放入标准混凝土块中，则需要将其重量的1000倍以上。[51]在混凝土中埋入煤燃烧废料或工业渣并不能消除烟囱排放，而且增加了处理材料有毒浸出的风险。[52]就像利用捕获的碳生产更多的石油会增加排放一样，将工业废料嵌入新产品并不能抑制产生这些废料的活动的排放。

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• CCS补贴最终落入了石油工业的口袋。

CCS项目的税收抵免(根据《国内税收法典》第45Q条，国会于去年12月延长了该条款)是对CCS的主要联邦政策支持。它最大的受益者是那些通过提高采收率(EOR)向地下石油储量注入碳以生产更多石油的石油公司。[53]税收抵免因此起到了化石燃料补贴的作用。［54］

此外，由于缺乏对CCS活动的充分监测，这意味着所宣称的碳信用额度可能只是基于空气层，而不是储存的碳。[55]例如，美国财政部税务管理监察长(Inspector General For Tax Administration)的一项调查发现，化石燃料公司根据第45Q条不当申领了近9亿美元的税收抵免。[56]

• 推动碳捕获和封存主要有利于化石燃料行业。

CCS最积极的支持者是石油和天然气、石化和公用事业公司。他们吹捧碳捕获的必要性和前景，以保护导致气候灾难的商业模式。[57]

除了直接投资于碳捕获项目，化石燃料行业的公司还通过一系列企业财团、行业政府工作组以及与大学的资助伙伴关系，推动CCS的倡导、研究和政策。例如，致力于加快CCS部署的国际智库全球CCS研究所(Global CCS Institute)的成员包括各种煤炭、石油和天然气、能源和公用事业公司，以及一些国家和地方政府。[58]企业污染企业从推广CCS中受益，而扩大CCS产业对环境和社区的影响往往被忽视。

CCS对社区和环境构成了日益严重的威胁，但人们对此知之甚少

扩大捕获、压缩、运输和储存二氧化碳所需的技术和基础设施会带来重大风险。［５９］无论是与化石燃料发电厂还是工业制造相结合，CCS技术都需要大规模的基础设施建设。就规模而言，据估计，到2050年，CCS行业和相关基础设施的规模将是目前全球石油行业的2至4倍。［60］正如政府间气候变化专门委员会所指出的，广泛部署CCS“将需要一个庞大的管道网络”。[61]迄今为止，严重的环境足迹和安全和健康危害[62]与CCS相关的基础设施在很大程度上被忽视了。[63]

• 压缩CO的输送₂引发了一系列健康和安全问题．

特别是在长距离和/或人口稠密地区，管道CO₂造成的风险与化石燃料管道类似，从陆地扰动、水污染到爆炸和其他事故的危险。在CCS的公开讨论中，这些风险很少被披露或讨论。

有效的管道运输需要二氧化碳₂在非常高的压力和极低的温度下运输，要求管道能够承受这些条件。水分或污染物的存在可以使CO冷凝₂这些管道对钢铁的腐蚀，增加了泄漏、破裂和潜在的灾难性运行裂缝的风险。

由于压力很大，对一名狱警进行爆炸性减压₂管道释放更多的气体，更快，比同等的气体管道爆炸。[64]在受控条件下管道故障测试的视频记录表明，即使是轻微的破裂也能传播冰冻的CO₂在几秒钟内就能越过一个大范围。[65]运行管道破裂的出现可能会对管道的整个长度产生影响。[66]

正如化学工程师学会（Institute of Chemical Engineers Symposium）发表的一篇论文所警告的：“大量的CO₂在相对较短的时间内释放，由此产生的稠密云随后是固体放电及其缓慢升华，在处理与加压CO失效相关的危险时，将对安全从业人员构成重大挑战₂管道。”[67]

政府间气候变化专门委员会承认，“从管道泄漏的二氧化碳对人类和动物构成潜在的生理危害。”[68]这些风险有几种形式。

管道爆炸破裂及其引起的冲击波对附近居民和财产造成直接的物理危险。在离管道最近的区域，一氧化碳释放₂能迅速将温度降至零下60摄氏度，用超冷干冰覆盖周围地区。[69]高浓度时，CO₂是一种有毒气体和窒息剂，能够导致“快速‘循环不足’、昏迷和死亡”[70]以及一氧化碳中的潜在污染物₂硫化氢等水流会极大地增加这些风险。[71]

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• 作为狱警，事故是不可避免的₂越来越多的管道建在人口稠密的地区。

2020年2月，密西西比州亚祖县一条24英寸的含有二氧化碳和二氧化硫的高压管道破裂。根据密西西比紧急事务管理局的数据，300多名居民被疏散，46人住院治疗。［72］管道的所有者登伯里公司经营着数百英里的CO₂墨西哥湾沿岸和落基山脉地区的输油管道。至少有两条登伯里管道穿过被称为“癌症走廊”的严重污染的石化走廊，[73]主要由有色人种组成。

• 这些安全隐患和环境风险不成比例地落在边缘社区身上。

化石燃料和石化基础设施以及基础设施对健康和公共安全造成的威胁已经使黑人、棕色人种和土著社区负担过重。CCS的部署有可能大大增加这些风险，特别是在新CCS建设最有针对性的地区。

德克萨斯海湾和癌症街区在路易斯安那州南部广泛吹捧为潜在的中心点为工业CCS开发由于现有浓度的石油,天然气和石油化工的基础设施,以及油田和盐穹顶,最可行的注射和存储网站。[74]其他地区的CCS提案也集中在能源和工业基础设施集中的地区，这些地区通常位于或邻近贫困社区和有色人种社区。在黑人、棕色人种和土著社区，碳捕集和封存技术的扩大将增加一个新的污染来源，并带来安全风险，这些社区已经受到了环境种族主义不成比例的致命影响。

结论

CCS和CCUS不仅是不必要的、无效的、不经济的和不安全的——这些技术也非常危险，支撑着化石燃料工业和碳密集型工业活动，并在美国和世界必须大幅加速这一转变的时候，分散人们对摆脱化石燃料的紧迫任务的注意力。这些技术，以及它们所延续的对气候安全的化石燃料的危险神话，在美国的气候政策和融资中没有地位。相反，这些政策应侧重于逐步淘汰化石燃料，并在紧急和全面的基础上实施经过验证的气候减缓战略，以反映这些战略对今世后代和所有后代的根本重要性。

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Dana Drugmand是气候与能源项目的研究员国际环境法中心。卡罗尔·马费特是CIEL的总裁兼首席执行官。来自CIEL的Nikki Reisch, Steven Feit和Cate Bonacini的编辑协助。