划重点
01生物质能碳捕集与封存技术（BECCS）是实现全球温升控制目标的重要负排放技术，可通过系统捕集和封存生物质燃烧或转化过程中产生的CO2。
02实现全球温升控制目标将对BECCS规模化发展提出迫切需求，未来大规模运用BECCS的可能性越大，规模化部署的时间点也可能越靠前。
03然而，BECCS发展面临资源不确定性、技术不确定性、经济不确定性以及社会和生态影响不确定性等挑战。
04为此，建议加强适用于BECCS的生物质资源评估、技术评估，加快推进BECCS国际技术创新合作，构建风险防控与可持续管理体系。
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“生物质能碳捕集与封存”的前沿技术解读
生物质能碳捕集与封存（BECCS）是实现全球温升控制目标的重要负排放技术。通过系统梳理实现温升目标2℃/1.5℃下BECCS可能贡献的最新研究进展，可以发现，实现全球温升控制目标将对BECCS规模化发展提出迫切需求。更为严格的减排目标下，未来大规模运用BECCS的可能性就越大，规模化部署的时间点也可能越靠前。而在相同减排目标下，近中期越是沿着高排放的路径前进，未来BECCS的利用规模也可能越大。同时，BECCS发展也面临资源不确定性、技术不确定性、经济不确定性以及社会和生态影响不确定性等挑战，需要加强研发创新和系统谋划。
01 - 生物质能碳捕集与封存
生物质能碳捕集与封存（Bioenergy with Carbon Capture and Storage, BECCS）是一项结合生物质能和碳捕集与封存（Carbon Capture and Storage，CCS）以实现CO2负排放的技术[1]。BECCS技术可以将生物质燃烧或转化过程中产生的CO2进行捕集和封存，从而实现捕集的CO2与大气的长期隔离。由于生物质本身通常被认为是零碳排放，即生物质燃烧或转化产生的CO2与其在生长过程吸收的CO2相当，因此其封存的CO2在扣除相关过程中的额外排放之后就成为负排放的 CO2 [2]。
图1 BECCS过程（图源：GCCSI)[3]
02 - 实现全球温升控制目标对BECCS规模化发展提出了迫切要求
全球气候变化是当前人类面临的严峻挑战，自工业时代以来，人类活动——主要是燃烧化石燃料和向大气中排放CO2——已导致全球平均气温上升约1℃。为了避免发生灾难性的气候变化，《巴黎协定》提出将全球平均气温升幅控制在工业化前水平以上低于2℃之内，并努力将气温升幅限制在工业化前水平以上1.5℃之内。2018年，联合国政府间气候变化专门委员会 (Intergovernmental Panel on Climate Change，IPCC) 发布的《全球升温1.5℃特别报告》，指出与升温2℃相比，限制升温1.5℃能够避免气候变化带来的众多风险和影响，但是对全球应对气候变化也提出了更高的减排幅度要求和更为紧迫的时间表。实现全球2℃温升控制，CO2排放需要在2070年左右达到净零；而1.5℃温控目标下，CO2排放需要在2050年达到净零。BECCS等相关的负排放技术（Negative Emissions Technologies，NET）是未来有望将全球升温稳定在低水平的关键技术，获得了学术界和政治领域的广泛关注。
BECCS的发展速度和规模将取决于全球温升目标的推进进程、常规减排措施的应用以及BECCS自身可行性等多个因素。通常而言，目前学术界基本形成了两项认识[1]。
一是更为严格的减排目标下，未来大规模运用BECCS的可能性就越大，规模化部署的时间点也可能越靠前。崔学勤等（2017）[4]以IPCC第5次评估报告(AR5)情景数据库作为基础，筛选出249组2℃情景数据，再结合Rogelj等（2015）[5]提出的37组1.5℃情景数据，分析了不同升温目标下二氧化碳移除技术（Carbon Dioxide Removal, CDR）的主要特征。根据他们的情景样本，2℃目标下有不少情景可以在完全不依赖负排放的情况下实现目标；而1.5℃目标下，所有情景都需要依赖负排放技术的大规模应用。Van Vuuren等（2018）[6]提到AR5“转型路径评估”一章中所纳入的实现辐射强迫2.6W/m2（约2℃）的114个情景中，104个情景都考虑了以BECCS为代表的CDR技术，占91%以上。他们进一步利用IAM IMAGE模型尝试回答实现温升控制1.5℃目标是否有必要发展BECCS的问题。
在他们的研究中，各种主要的温室气体减排措施都进行了详细的量化评估，这些措施包括在所有部门和地区快速推广最佳适用技术（Best Available Technologies）以提高能源和资源利用效率；实现终端部门更高的电气化水平，促进可再生能源发展；生活方式显著改变；以及采用最佳适用技术减少非CO2温室气体排放等。研究表明，每一项减排措施都可以大大提高实现1.5 ℃目标的可能性，但是只有当充分采用以上所有措施时，才有可能不需要使用BECCS技术。
二是在相同减排目标下，近中期越是沿着高排放的路径前进，未来BECCS的利用规模也可能越大。Fridahl等（2018）[7]对共享社会经济路径 (Shared Socioeconomic Pathways，SSPs) 的不同情景进行了归纳，他们发现实现2℃温升目标下，BECCS使用增长最快且规模最大的情况多数发生在以化石燃料使用为主、延迟减排为主要特征的SSP5下。Rogelj等（2018）[8]基于6个综合评估模型和1个气候模型研究了1.5℃温升目标下的SSP情景，多数模型结果显示，SSP5情景相比其它情景更有可能提早并更大规模发展BECCS。IPCC《全球升温1.5℃特别报告》中总结提出了实现温升控制1.5℃的4种典型路径。在近中期资源能源消耗最高、CO₂排放最高的P4发展模式下，全球从2030年左右就需要大规模发展BECCS。
03 - BECCS规模化发展面临诸多不确定性和挑战
目前对大规模实施BECCS的可行性仍然缺乏足够的科学认识。总的来看，有四大不确定因素，包括生物质可供应量、BECCS技术成熟度、大规模实施BECCS的经济性以及BECCS技术社会和生态影响的不确定等，这些因素将极大地影响BECCS所发挥的作用。
3.1 BECCS资源可获得性具有不确定性
适用于能源化利用的生物质资源分布广泛，根据生产要素投入要求的不同，可分为能源植物和非种植类资源。能源植物资源是指以能源生产为主要目的而进行种植的一年生或多年生的植物资源，包括木薯、甜高粱、柳枝稷等。而非种植类资源主要指各种植物残体及其利用过程中产生的固体废弃物，包括农业剩余物、林业剩余物、生活垃圾中的木质剩余物以及废弃油脂等。
对BECCS减缓全球气候变化所发挥效用的评估中，生物质原料的资源潜力是一个关键的制约因素，可利用的土地面积、环境政策的制约和技术经济的发展等都会影响到生物质的可供应量。Hoogwijk等（2003）[9]评估的全球秸秆资源总量为10～32 EJ/a，林业剩余物资源在10~16 EJ/a之间，具有很大不确定性区间。与农林业剩余物相比，能源植物的利用具有更大的不确定性。现有研究显示，2050年全球适宜种植能源植物的土地面积范围从6000万到37亿hm2，其单位产量为6.9～60 MJ/m2a，从而使得全球的能源植物潜力范围在28～1272 EJ/a之间[10]，最高和最低值之间相差了近45倍。
3.2 BECCS技术成熟度的不确定性
BECCS技术包括生物质能和CCS两个阶段。从技术层面来看，这两个阶段的技术都存在成熟度的问题。很多先进的生物质能利用技术，如纤维素乙醇、F-T合成生物燃料和生物质气化联合循环发电（Biomass Integrated Gasification Combined Cycle，BIGCC）技术，目前还尚未进入大规模商业化运营阶段，未来的发展存在较大不确定性。CCS技术具有产业链长、技术环节多等特点。虽然我国CCS捕集技术已取得了显著进展，例如，地质利用和封存方面若干关键核心技术取得了重大突破，CO2驱提高石油采收率等也已进入商业化应用初期阶段，但是整体而言仍然面临技术成本高、技术需求紧迫、商业模式欠缺和源汇匹配不佳等挑战 [11]。
3.3 BECCS经济性的不确定性
技术的经济性是决定技术长期发展趋势的决定因素。然而BECCS技术链条长，既要考虑生物质能成本又要考虑CCS成本；且技术种类众多，不同技术间CCS应用成本差异较大。全球碳捕集与封存研究院（Global CCS Institute，GCCSI）报告显示，在所列全部CCS技术中，生物质燃烧耦合CCS技术的CO2避免成本总体最高，约88~288美元/t；生物质制乙醇耦合CCS技术的CO2避免成本亦较高，约20~175美元/t[12]。
3.4 BECCS社会和生态影响的不确定性
在发展BECCS中还可能发生一些“应对目标风险带来次生风险”的问题，即旨在削减目标风险的努力的结果却同时增加了其它方面的风险[13]。对于BECCS技术，除了要关注其碳封存环节的安全性外，前端生物质能技术的可持续发展也值得高度重视。生物质能产业规模化发展可能引发的诸如粮食安全、局部区域生态破坏等次生风险问题早已在全球得到了广泛关注。《全球升温1.5℃特别报告》也明确提出大规模使用二氧化碳移除技术将会对生物多样性和生态系统产生重大影响。国际《生物多样性公约》第十次缔约方大会决定在用适当的科学方法对包括BECCS在内的地球工程的社会、经济及文化影响进行评价前，缔约方不得开展可能影响生物多样性的大规模地球工程活动[14]。
世界主要国家和地区都设有与生物质能可持续性发展相关的法律和监管措施。例如，欧盟委员会2009年生效《可再生能源指令》中，对生物质能提出了可持续性要求，并且明确只有符合可持续性要求的生物质能才可计入欧盟可再生能源目标量。2018年欧盟修订了《可再生能源指令》，提高了对生物质能可持续相关要求。2021年7月，欧盟提出《Fit for 55》一揽子立法提案，拟对《可再生能源指令》再次进行修订，并进一步收紧对生物质能的可持续性要求，强调减少对生物多样性的影响等内容。我国认证认可监督管理委员会在2018年发布了《生物质能可持续性认证要求》，从环境、社会和经济三方面，提出了我国生物质能可持续性认证系列指标。由于缺乏生物质能可持续管理体系的顶层设计，该标准在实际中并没有获得太多关注。开展BECCS规模化发展，需要对BECCS规模化发展中的相关风险加以识别和分析。
04 - 总结与建议
总体来看，规模化发展BECCS技术能够为经济社会发展提供负排放空间，为全球温升控制目标的实现提供重要技术支撑。我国需要对BECCS的战略定位，技术路径和发展规划开展系统研究，从资源、技术和风险防控等方面加强综合评估。具体建议如下：
（1）加强适用于BECCS的生物质资源评估。构建长时间尺度的生物质资源监测、评价和决策支持体系，加强对农业剩余物、林业剩余物、能源植物等不同类型生物质资源的系统研究。
（2）加强适用于BECCS的生物质能技术评估，研究BECCS技术发展路线图。重点分析生物质发电、燃煤耦合生物质发电、生物质航空燃料以及生物质制氢结合CCS在我国推广应用的可行性和经济性，推进建设全流程、集成化、规模化BECCS示范项目。
（3）加快推进BECCS国际技术创新合作。针对全球在规模化部署BECCS上的切实需求，将BECCS列为我国碳中和国际大科学计划和大工程项目的重要内容，以大科学计划和大工程项目等科研组织模式来带动BECCS技术的创新突破。将BECCS作为中美、中欧、中英等双边框架下技术创新合作的重要内容，同时将BECCS纳入“一带一路”技术合作战略框架，系统评价BECCS在“一带一路”国家的适用性、应用潜力与可能影响。
（4）构建BECCS风险防控与可持续管理体系。系统评估BECCS技术规模化应用的社会、经济、环境和生态影响与潜在风险，研究部署风险防控与可持续管理体系。
文字 | 常世彦
排版 | 王畅 李妍如
审核 | 魏一凡 王智慧 刘宇 臧林熙