科技議題

首頁> 科技議題 - 政策動向> 碳移除:如何擴展新的十億噸產業
碳移除:如何擴展新的十億噸產業 Carbon Removals: How to Scale a New Gigaton Industry
2023/12/04
McKinsey & Company
https://www.mckinsey.com/capabilities/sustainability/our-insights/carbon-removals-how-to-scale-a-new-gigaton-industry
政府間氣候變化專門委員會 (Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC) 強調需要盡快實現淨零排放,以減輕全球氣溫上升的影響。淨零排放代表需在釋放到大氣中的排放量,以及清除的排放量之間達到平衡。為此,需要在快速且大規模的減少排放的同時,共同努力消除大氣中的殘留排放,並將其永久儲存。與限制排放二氧化碳 (CO2) 到大氣中的減排氣候解決方案不同,IPCC 將 CO2 去除 (CO2 removal, CDR) 定義為從大氣中去除二氧化碳並將其長久地儲存在地質、陸地或海洋水庫中的活動與產品中。目前已有一系列的 CDR 解決方案,以多種方式捕獲和儲存 CO2,敘述如下:

1. 濕地和泥炭地恢復:恢復陸地濕地和泥炭地以吸收和儲存更多 CO2。潛在的好處包括增加生物多樣性、改善水質、降低食品風險與生態旅遊;但可能的挑戰包括恢復過程中可能會釋放一些溫室氣體、未知的持久性,以及長期的監測和管理。
2. 農地、草地和農林業:改善農田和草地的管理方式,以增強土壤對 CO2 的吸收,並改善農林業以消除大氣中的 CO2。潛在的好處包括增加生物多樣性、 土壤肥沃度與保水能力,以及農業生產力;但可能的挑戰包括須量化並監測碳封存。
3. 植樹造林:在森林砍伐或從未造林的土地上種植樹木,以去除大氣中的 CO2。潛在的好處包括提高生物多樣性和生態系的恢復力,以及生態旅遊;但可能的挑戰包括對土地的需求增加、可能釋放已封存的 CO2,單一栽培樹木種植的風險。

4. 藍碳管理:增強海洋和沿海生態系統中 CO2 的吸收和儲存。潛在的好處包括改善海洋生態系,以及增強沿海復原力;但可能的挑戰包括沿海和海洋生態系統的監測、報告和驗證(Monitoring, Reporting, and Verifcation, MRV),以及國際水域的監管不確定性。
5. 生物炭和生物油:以生物質為原料,傳播生物炭以改善土壤品質,並將生物油注入地下。潛在的好處包括提高土壤肥沃度及保水能力,以及農業生產過程中的生物質殘留物有其他用途;但可能的挑戰包括對生物質原料和土地的需求增加,以及土壤持久的不確定性。
6. 增強海洋鹼度:在海洋中添加鹼性物質,可增強其從大氣中吸收 CO2 的能力,從而加速自然過程。潛在的好處包括可對抗海洋酸化;但可能的挑戰包括鹼性對海洋生態系的影響、海洋生態系的 MRV,以及國際水域的監管不確定性。

7. 增強耐候性:岩石和礦物被分解以增加表面積,加速其儲存大氣中碳的過程。潛在的好處為可提高農業生產力;但可能的挑戰包括環境和社會的影響,以及微量金屬對當地生態系的影響。
8. 碳捕獲和儲存的生物能源:透過永續性來源的生物質,用來生產生物質燃料、電力、熱力與紙漿,這些過程中所排放的 CO2 將被捕獲並儲存。潛在的好處包括電力等副產品的額外收入來源,以及發電廠的改造;但可能的挑戰為對生物質原料和土地的需求增加。
9. 直接海洋捕獲:海洋中的電透析所產生的酸,可用於從地表水中以化學方式提取 CO2,接著將 CO2 長期儲存。潛在的好處包括可對抗海洋酸化,以及可用於永續性航空燃料等副產品;但可能的挑戰包括技術尚未成熟、開放海洋生態系的 MRV,以及能源消耗較高。
10. 直接空氣捕獲和儲存 (Direct Air Capture and Storage, DACS):空氣通過與 CO2 結合的固體或液體化學過濾器,將其從空氣中直接移除,來自過濾器的濃縮二氧化碳將儲存在地質構造中。潛在的好處包括可用於永續性航空燃料等副產品,以及可在不同地區部署;但可能的挑戰為能源和水資源消耗較高。

到 2050 年,要實現 60 到 100 億公噸 CO2 的清除量,其產業價值可達數兆美元,但同時也需要大量的資本投資。截至目前為止的投資資金預計在 50 億至 130 億美元之間,且根據正在開發中的 CDR 計畫,麥肯錫估計到 2030 年,投資可能達到1,000 億至4,000 億美元;雖投資金額相當大,但此投資的估計仍比 2030 年實現淨零排放所需的投資低約 5 倍,即需要 0.5 兆至 2 兆美元的投資,才能提供必要的早期開發,實現2050 年所需的 6 兆至 16 兆美元的投資。此外,即使立即彌補投資缺口,仍需要壓縮專案的開發時程,尤其是以技術為基礎的碳移除 (Technology-Based Removal, TBR) 而言,需要大量的準備時間來取得核准、技術人才、供應鏈組織,以及進行實驗驗證。為此,要成功地大規模營運 CDR 市場,需要大幅降低成本,特別是對於直接空氣捕獲和儲存等 TBR 而言。該報告的 CDR 成本估算顯示,只要投資和創新水準足以加速擴大規模和部署,大多數技術的成本都會下降。其中,DACS 成本可能下降最多,主要取決於捕獲效率、供應鏈效率和成熟度,以及規模經濟和運輸經濟的產品創新。隨著 DACS 能源輸入排放強度下降,DACS 的每噸 CO2 去除成本也可能下降。

為了解決前述的挑戰,該報告整理一些解決方案,敘述如下:
1. 更強而有力的買家激勵方法:若有非常明確的需求訊息,將可激勵供應商在短期內進行創新和提高產能。市場價格和買家主要依 CDR 信用的需求,來決定其支付意願。
2. 提高標準、實踐和服務的透明度:由於許多 CDR 的解決方案都是較新的方法,對於其有效性和完整性有合理的疑問。若認為 CDR 的品質不可靠,或者不透明的報告,將會破壞對更採用 CDR 的信任,進而使需求受到抑制。為此,建立高度完整且可行的 CDR 衡量方法,對於建立 CDR 市場的正常運作相當重要,其中誠信可透過高品質的 CDR 信用、額外性驗證以及會計準則的執行來證明;可行性則可透過易於證明、清晰、實用、具有成本效益和可複製的標準、方法和指南來證明。
3. 明確的公共部門訊號:目前仍不清楚政策架構對於近期 CDR 信用購買的態度。為此,政策架構未來可以建立一個在全球範圍內採購和銷售高品質清除物的系統,以更清楚了解 CDR 融入全球市場的情況,並加強擁有具有成本效益的 CDR 解決方案的需求訊號。
4. 更低成本的方法:目前 CDR 信用的高價格,仍是主流市場採用的重大障礙。因此,鼓勵能夠降低成本的措施,可以在提高 CDR 的採用方面發揮關鍵作用。許多 CDR 解決方案受到資源可用性以及與其他氣候技術的權衡限制,因此未來可透過多種可用的解決方案類型,來達到較低的平均成本。CDR 的創新還可以降低近期和長期購買的前期成本和定價,其中利害關係人的具體行動可能有助於加速向成本更低、產量更高的產業轉型。

該報告最後整理對於近期致力於擴大 CDR 產業規模的人而言,可能會獲得的潛在好處:
1. 投資者可以建立市場領先的能力:該報告中的價值評估顯示,到2050 年,投資者可以實現 200 億至1,000 億美元的 CDR 市場收入,且早期參與的投資者可以建立自己的聲譽和關係,將自己定位為未來行業的市場領導者。例如,較積極主動的投資者可以建立以 CDR 為重點的業務部門,與早期供應商、標準制定者、監管機構和保險等相關服務建立關係,使他們領先競爭對手,並在市場成熟後幫助他們獲得重要的收入機會。
2. 供應商可以為未來奠定基礎:該報告預計到 2050 年,供應商將可獲得 CDR 市場預計收入的 73% 至 82%,即 2,500 億至 9,000 億美元。若需求規模擴大,供應商將需要快速回應以滿足需求。為此,擁有成熟的基礎設施、供應鏈和熟練勞動力的供應商,可以在快速、成功地擴展專案方面擁有顯著優勢。
3. 買家可以獲得足夠的碳移除與長期的承諾:對於與供應商簽署未來承購協議的早期買家而言,即使由於企業購買 CDR 以中和排放或對其他碳信用額採取更嚴格的標準而導致需求急劇上升,也將擁有可靠的未來碳移除量供應。此外,同意與供應商達成長期協議的買家可能會固定價格,以因應潛在價格上漲的風險。
4. 市場和中介機構可以建立誠信和產業專業知識的標準:該報告估計到2050 年,市場與其他中介機構和服務提供者,可獲得 CDR 市場預計收入的 9% 至 14%,即 400 億至1,400 億美元。隨著 CDR 中介機構生態系統的形成,標準制定者、市場服務提供者、交易所、商品交易商和 MRV 提供者可以制定卓越的品質、透明度和誠信產業標準。
5. 政府可以支持社會和經濟成長:CDR 可以為政府提供支持那些就業可能因向再生能源過渡而受到影響地區的機會。例如,2021 年負排放聯盟報告的估計顯示,從傳統行業向 CDR 進行技能轉移的潛力,如石油和天然氣領域的專業人員,與生物能源與碳捕獲和儲存 (Bio-energy with carbon capture and storage, BECCS) 和 DACS 領域的技能相似度為 70% 至 90%。此外,產業聚落還可以與政府合作,將 CDR 納入其長期商業策略的一部分,有助於保留地區的生產性工業資產,以及有機會支持在農業部門使用互利的環境和生產 CDR 解決方案。

張琬欣
英文