SHPGX导读：从空气中直接捕获二氧化碳（Direct Air Capture，简称：DAC）技术诞生于上世纪90年代，但由于二氧化碳在大气中含量甚微，加之捕获成本高，耗能大等原因，一直被认为是非主流技术。近年来，因面临碳中和承诺的压力和无法抵消的碳排放量，再次成为关注重点。
DAC，即从空气中直接捕获二氧化碳技术，是碳中和技术的重要组成部分，具有部署灵活，占地面积小的优点，可直接降低大气二氧化碳浓度，助力实现碳中和，达到“净零”目标。随着技术的进步，2019年DAC技术被《麻省理工科技评论》评选为“十大突破性技术”之一。埃克森美孚、雪佛龙、西方石油、美国联合航空等多家公司不断投入资金研发。
1、DAC技术原理：固体吸附与液体吸附
DAC技术是过滤空气中二氧化碳，在闭环系统中，由清洁能源（天然气、太阳能、风能、地热等）提供动力和热量，通过一系列物理和化学反应，输出高纯度二氧化碳。目前有固体吸附、液体吸附、水分波动吸附和电化学溶液四种方式，其中固体/液体吸附方式最为先进。产生的二氧化碳可用于地下封存、农业生产、食品加工、化工原料、燃料合成等。
固体吸附（胺基）方式：鼓风机吸入大量空气，通过带有碱性固体吸附剂的蜂窝状海绵陶瓷板，使酸性二氧化碳与碱性固体吸附剂发生化学反应，在过饱和状态下生成含有二氧化碳固体小颗粒，用地热能或清洁能源加热至80℃-120℃分离，通过装置收集二氧化碳，冷却固体吸附剂再次循环使用。
液体吸附剂（碱性溶液）方式：空气通过含有氢氧化钾的碱性液容器，酸性的二氧化碳与碱性液体接触形成碳酸钙和水，沉淀分离，用天然气或清洁能源加热沉淀物碳酸钙至900℃，通过装置收集二氧化碳，产生的氧化钙再循环至碱性液体容器内的方式。
2、DAC技术优势：占地面积小，捕获相同二氧化碳的量只相当于植树造林的千分之二，技术部署灵活
目前DAC技术成本不断下降，但依旧高昂。2011年平均捕获成本在610-780美元/吨二氧化碳，2020年平均222-463美元/吨二氧化碳，其中以地热为动力的成本最低，太阳能成本最高。而植树造林的成本仅为15-50美元/吨二氧化碳。
占地面积小，部署灵活是该技术的优点。每捕获100万吨二氧化碳所占用的面积仅为植树造林的千分之二，相比CCS必须部署在二氧化碳源地（电厂、炼厂等）才更具有经济性，DAC技术可部署在如北极、南极、城市里狭小空间，以及机场附近等，摆脱了占用耕地、城乡建设用地的问题，节省了土地空间和管道用材。
3、DAC技术发展现状：投资与研发活动活跃
1. 油气公司、风险投资、航空公司积极投资技术研发
埃克森美孚公司直接投资Global Thermostat公司，合作研究固体胺基吸附剂，消除大气中的二氧化碳。雪佛龙技术风投公司和西方石油公司的子公司Oxy低碳风投公司于2018年同时投资DAC技术的研发，加速了技术研发、初步商业化和部署。Oxy低碳风投公司重点关注二氧化碳提高油气采收率（EOR）技术，拟于2024年在美国德克萨斯二叠盆地建多个二氧化碳捕获工厂，年捕获二氧化碳能力100万吨，为油气EOR提供原料，同时提高油气采收率10%-20%，并将二氧化碳永久封存地下，实现油气生产过程完全碳中和，甚至达到负碳排放。雪佛龙技术风投公司、埃尼公司和喷气飞机引擎制造商Aerion Supersonic公司关注DAC技术捕获的二氧化碳与绿氢合成甲醇技术，这种超低碳强度的燃料可大量减少碳排放。
美国联合航空公司承诺到2050年实现“净零”排放，其策略不是去购买碳补偿，而是主动投资数百万美元研发DAC技术，减少飞机飞行时产生的二氧化碳排放量，并与Oxy低碳风投公司合作，通过EOR将二氧化碳永久封存在地下。
电子商务公司英国Stripe公司和加拿大Shopify公司已经开始每年投入至少数十万美元用于研发该技术的初创公司，从2021年起每年购买Climeworks公司5000吨从空气中捕获的二氧化碳，并通过基金形式，提前布局碳交易市场。
2. 初创公司的研发活动最为活跃
目前，全球有30余家初创公司、科研机构、研发联合体正在对DAC技术进行研究，初创公司建立了19个试验场为研究提供试验数据，修正研发方向。其中Climeworks公司、Global Thermostat公司、Carbon Engineering公司技术领先，拥有自己的试验场，已经初步商业化。Climeworks公司于2017年建造了世界上首座DAC试验场，利用地热作为动力，每年可从空气中捕获900吨二氧化碳，目前在欧洲运行16家试验工厂，2024年在冰岛Hellisheidi地热公园内，即将建成的Orca项目每年可收集4000吨二氧化碳，由ON Power提供地热能源，辅助Carbfix项目进行地下封存二氧化碳；Global Thermostat公司通过合作对能量供给形式、吸附剂材料有效性、吸附板结构、加热过程等方面进行研究测试，其在试验阶段DAC成本为223-800美元/吨；Carbon Engineering公司利用液体吸附方式从空气中捕获二氧化碳，但面临着氢氧化钾成本、使用年限以及煅烧碳酸钙获得二氧化碳的能量消耗较大等问题，同时该公司还同步研究利用收集的二氧化碳结合绿氢，生成甲醇和副产品技术，受到油气公司及其风险投资的极大关注。
4、DAC技术发展机遇与挑战：碳中和技术组合的重要组成部分
当前全球人类活动排放二氧化碳的总量与DAC技术捕获二氧化碳相差甚远，要实现碳中和，不仅要遏制二氧化碳排放速度，还要通过各类技术及技术组合消除排放的二氧化碳，DAC技术是实现碳中和的重要组成部分。初步预测，到本世纪中叶从空气中直接捕获二氧化碳可达到10亿-20亿吨/年规模。
2020年美国国会批准了投入3500万美元用于DAC技术的研发，2021年美国能源部也投入2400万美元用于该技术的研发，同时提议改革45Q税收抵免政策，为DAC技术捕获二氧化碳从提供每吨50美元提高到120美元税收抵免，若这项议案通过，则美国DAC技术将迅速进入商业化。
尽管DAC是一项更灵活、更具潜力的技术，但当前成本高，缺乏市场机会和政策支持，技术部署面临挑战。像埃克森美孚、雪佛龙、西方石油、埃尼等油气公司，美联航、微软等这些关注环保的公司，以及埃隆·马斯克和比尔·盖茨等具有远见卓识的投资人都在投资该技术。国内对DAC技术研究的企业、科研机构、初创公司为数不多，值得企业关注该技术进展。
本文来源 | 油气经纬
本文作者 | 孙乃达 李晓光 李哲(中国石油集团经济技术研究院（ETRI）石油科技研究所 信息资源开发中心)
图源 | 油气经纬
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