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Assessment of Global and Regional BECCS Development Potential Under the Scenario of Global Warming of 2 ℃/1.5 ℃ 本`文-內(nèi).容.來.自：中`國^碳`排*放*交^易^網(wǎng) ta np ai fan g.com
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應(yīng)對氣候變化是一項(xiàng)重要的全球性議題。2018年全球平均CO2濃度達(dá)到歷史最高水平的0.040 78%，是工業(yè)化前CO2濃度的147%，其中使用化石燃料排放的CO2是引起氣候變化的主要原因[1]。2018年包括土地利用變化在內(nèi)的溫室氣體排放量達(dá)到553億t CO2當(dāng)量，其中化石燃料相關(guān)的CO2排放達(dá)到375億t 當(dāng)量[2]。全球溫室氣體排放不斷增長意味著排放達(dá)峰的延后，以及需要幅度更大、速度更快的減排措施才能將溫升控制在2 ℃或1.5 ℃以內(nèi)[2]?？焖贉p排極有可能需要考慮CO2移除（carbon dioxide removal，CDR）技術(shù)[3]，包括生物質(zhì)能結(jié)合碳捕集和封存（bioenergy with carbon capture and storage，BECCS）、造林和再造林、土壤恢復(fù)和土壤碳固定、直接空氣碳捕集和封存（carbon capture and storage，CCS）以及增強(qiáng)風(fēng)化和海洋堿化等[4]。
生物質(zhì)能的直接利用和BECCS在減緩全球氣候變化中發(fā)揮著重要的作用[4, 5]。一般而言，植物在生長過程中會吸收CO2，在利用生物質(zhì)能的過程中會釋放CO2，因此生物質(zhì)能的利用通常被認(rèn)為是碳中性的。而BECCS技術(shù)將生物質(zhì)能的利用與CCS相結(jié)合，通過CCS技術(shù)將生物質(zhì)能利用過程中排放的CO2進(jìn)行分離、壓縮并運(yùn)至封存地點(diǎn)，使其與大氣長期隔離起來。BECCS是應(yīng)對氣候變化的重要措施，許多綜合評估模型（integrated assessment models，IAMs）的研究成果都表明，要依賴BECCS的大規(guī)模部署來實(shí)現(xiàn)全球溫升控制2 ℃或1.5 ℃的目標(biāo)。聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會（Intergovernmental Panel on Climate Change，IPCC）在《全球升溫1.5 ℃》特別報(bào)告中提出，在實(shí)現(xiàn)全球溫升1.5 ℃路徑中，2030年、2050年和2100年的BECCS的規(guī)模預(yù)計(jì)將達(dá)到0～1、0～8和0～16 Gt/a[4]。 本*文`內(nèi)/容/來/自:中-國-碳^排-放“交|易^網(wǎng)-tan pai fang . c o m
全球各區(qū)域的生物質(zhì)能潛力和碳封存潛力有較大差異，因此未來各區(qū)域BECCS的發(fā)展?jié)摿εc技術(shù)構(gòu)成會有較大差異。這些差異也會在一定程度上影響各區(qū)域?qū)崿F(xiàn)全球溫升2 ℃/1.5 ℃的目標(biāo)選擇和減排路徑選擇。為了能夠?qū)ΜF(xiàn)有BECCS發(fā)展?jié)摿υ趨^(qū)域?qū)用娴难芯坑幸粋€(gè)初步認(rèn)識，本研究基于全球情景研究數(shù)據(jù)庫，分析了全球各區(qū)域生物質(zhì)能發(fā)展?jié)摿σ约癇ECCS發(fā)展?jié)摿Α?本*文@內(nèi)-容-來-自；中_國_碳^排-放*交-易^網(wǎng) t an pa i fa ng . c om
本研究的全球區(qū)域劃分主要參考IPCC共享社會經(jīng)濟(jì)路徑（Shared Socioeconomic Pathways，SSP）數(shù)據(jù)庫中的區(qū)域劃分，分為3個(gè)層次[6]。第一個(gè)層次是將全球分為5個(gè)區(qū)域，分別是OECD——包括1990年的OECD國家以及歐盟成員國和候選國，REF——東歐和前蘇聯(lián)國家，ASIA——除了中東、日本和前蘇聯(lián)國家以外的亞洲國家，MAF——中東和非洲國家，LAM——拉丁美洲和加勒比海地區(qū)的國家；第二個(gè)層次是將全球分為32個(gè)區(qū)域；第三個(gè)層次是以各個(gè)國家和地區(qū)為主的劃分方式。本研究主要關(guān)注世界主要區(qū)域的BECCS發(fā)展?jié)摿?，因此在區(qū)域劃分上保持與IPCC數(shù)據(jù)庫中5個(gè)區(qū)域相同的劃分方式（具體的區(qū)域劃分見https://tntcat.iiasa.ac.at/SspDb）。對于區(qū)域劃分方式不同，但具有重要參考價(jià)值的其他來源數(shù)據(jù)，根據(jù)第二層次和第三層次的區(qū)域劃分規(guī)則進(jìn)行重新聚合后加以分析。
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生物質(zhì)能的利用主要分兩大類：低效的傳統(tǒng)生物質(zhì)利用，例如將木材和秸稈當(dāng)作薪柴用于炊事和采暖；高效的現(xiàn)代生物質(zhì)能利用，例如將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為固體、液體和氣體用于發(fā)電、供熱、熱電聯(lián)產(chǎn)和交通運(yùn)輸燃料等[5]。
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根據(jù)149個(gè)世界主要國家和地區(qū)的能源數(shù)據(jù)核算，2017年全球生物質(zhì)能利用量達(dá)到53.06 EJ，其中ASIA區(qū)域生物質(zhì)能利用規(guī)模最大，2017年的利用量約為20.66 EJ；其次為OECD區(qū)域和MAF區(qū)域，生物質(zhì)能利用規(guī)模約為12.65 EJ和13.67 EJ；LAM區(qū)域生物質(zhì)能利用規(guī)模約5.91 EJ；而REF區(qū)域生物質(zhì)能利用規(guī)模較小，僅為0.57 EJ（見表1）。生物質(zhì)能利用中生物質(zhì)固體燃料的利用量最大。2017年全球生物質(zhì)固體燃料利用量達(dá)到46.23 EJ，其中ASIA區(qū)域和MAF區(qū)域是占比最大的地區(qū)，根據(jù)IEA統(tǒng)計(jì)的2017年世界主要區(qū)域生物質(zhì)能利用情況（見圖1），MAF區(qū)域的生物質(zhì)固體燃料利用量達(dá)到13.67 EJ，大部分用于終端消費(fèi)，其中住宅用能達(dá)到9.98 EJ，而生物質(zhì)液體燃料、沼氣和城市生活垃圾的利用量幾乎為零。ASIA區(qū)域的生物質(zhì)固體燃料利用方式也以住宅用能為主，2017年住宅用能達(dá)到13.19 EJ，同時(shí)ASIA區(qū)域在生物質(zhì)液體燃料、沼氣和城市生活垃圾的利用上也有一定的比例。相比其他區(qū)域，OECD區(qū)域在生物質(zhì)液體燃料、沼氣和城市生活垃圾的利用中占比相對較大，2017年OECD區(qū)域的生物質(zhì)液體燃料、沼氣和城市生活垃圾的利用量分別占全球利用量的66.45%、69.70%和70%。從生物質(zhì)能利用方式來看，全球各區(qū)域的生物質(zhì)固體燃料主要用于住宅用能，部分生物質(zhì)固體燃料也用于工業(yè)以及發(fā)電、供熱和熱電聯(lián)產(chǎn)等。生物質(zhì)液體燃料基本上用于交通部門，而城市生活垃圾和其他廢棄物大部分用于發(fā)電、供熱和熱電聯(lián)產(chǎn)。比較不同的是沼氣的利用，在沼氣利用量最大的兩個(gè)區(qū)域中，OECD區(qū)域大部分的沼氣用于轉(zhuǎn)化為二次能源，ASIA區(qū)域的沼氣主要用于住宅用能。
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表1 2017年世界主要區(qū)域生物質(zhì)能利用概況[7]
Table 1 Global bioenergy utilization in 2017
注：①基于全球149個(gè)國家和地區(qū)的能源數(shù)據(jù)進(jìn)行核算，由于缺少部分國家的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，核算的生物質(zhì)能利用總量略低于全球的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。②統(tǒng)計(jì)的生物質(zhì)液體燃料以t為單位，為方便數(shù)據(jù)之間的對比，按乙醇熱值26.9 MJ/kg進(jìn)行了換算。 本+文`內(nèi).容.來.自：中`國`碳`排*放*交*易^網(wǎng) t a np ai fan g.com
高效的生物質(zhì)能利用方式中，生物質(zhì)發(fā)電是其主要的利用方式之一。根據(jù)2019年IRENA的統(tǒng)計(jì)結(jié)果[8]，2017年全球生物質(zhì)發(fā)電量達(dá)到495 395 GWh，相比于2009年增加了218 335 GWh。OECD區(qū)域是生物質(zhì)發(fā)電量最大的地區(qū)，2017年OECD區(qū)域生物質(zhì)發(fā)電量達(dá)到291 214 GWh，其中生物質(zhì)固體燃料占70.05%，液體生物質(zhì)燃料占1.80%，沼氣發(fā)電占28.15%。ASIA區(qū)域、LAM區(qū)域和MAF區(qū)域主要是生物質(zhì)固體燃料發(fā)電，2017年ASIA區(qū)域生物質(zhì)發(fā)電達(dá)到126 718 GWh，其中生物質(zhì)固體燃料發(fā)電占96.74%，沼氣發(fā)電占3.26%。LAM區(qū)域和MAF區(qū)域2017年生物質(zhì)發(fā)電分別為72 112 GWh和3453 GWh，其中生物質(zhì)固體燃料發(fā)電分別占98.21%和89.34%。REF區(qū)域的生物質(zhì)發(fā)電量最小，2017年生物質(zhì)發(fā)電量為663 GWh，主要是生物質(zhì)固體燃料和沼氣發(fā)電，分別占70.23%和29.77%（見圖2）。 本*文`內(nèi)/容/來/自:中-國-碳^排-放“交|易^網(wǎng)-tan pai fang . c o m
圖1 2017年世界主要區(qū)域生物質(zhì)能利用概況（根據(jù)2017年IEA統(tǒng)計(jì)結(jié)果整理）[7]
Fig.1 Global bioenergy utilization in 2017 (based on statistical resutcs of IEA,2017)
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注：①轉(zhuǎn)化包括生物質(zhì)發(fā)電、供熱和熱電聯(lián)產(chǎn)以及轉(zhuǎn)化成其他形式的能源等；生物質(zhì)能終端消費(fèi)分為工業(yè)部門、交通部門和住宅等其他部門，住宅等其他部門包括住宅、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、漁業(yè)、商業(yè)和公共服務(wù)等。②數(shù)據(jù)來源于IEA《世界能源統(tǒng)計(jì)2019》，基于全球149個(gè)國家和地區(qū)的能源數(shù)據(jù)進(jìn)行核算，由于缺少部分國家的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，核算的生物質(zhì)能利用總量略低于全球的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。
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圖2 世界主要區(qū)域不同生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)的發(fā)電量（根據(jù)2019年IRENA統(tǒng)計(jì)結(jié)果整理）
Fig.2 Global electricity generation from biomass resources (based on statistical results of IRENA,2019) 內(nèi)-容-來-自；中_國_碳_0排放￥交-易=網(wǎng) t an pa i fa ng . c om
圖3 世界主要區(qū)域不同種類的生物質(zhì)固體燃料的發(fā)電量（根據(jù)2019年IRENA統(tǒng)計(jì)結(jié)果整理）
Fig.3 Global electricity generation from solid biomass resources (based on the statistical results of IRENA,2019) 本+文`內(nèi).容.來.自：中`國`碳`排*放*交*易^網(wǎng) t a np ai fan g.com
生物質(zhì)固體燃料的發(fā)電量中ASIA區(qū)域、LAM區(qū)域和OECD區(qū)域占比最大。將生物質(zhì)固體燃料發(fā)電細(xì)分為城市生活垃圾、蔗渣和其他固體廢棄物發(fā)電（見圖3），城市生活垃圾發(fā)電和其他固體廢棄物發(fā)電主要分布在ASIA和OECD區(qū)域，2017年這兩個(gè)區(qū)域的城市生活垃圾發(fā)電分別達(dá)到23 250 GWh和33 604 GWh，其他固體廢棄物發(fā)電分別達(dá)到94 818 GWh和169 145 GWh。蔗渣發(fā)電主要分布在LAM區(qū)域，2017年LAM區(qū)域的蔗渣發(fā)電達(dá)到45 375 GWh，占全球蔗渣發(fā)電量的84.1%。 本文+內(nèi)-容-來-自；中^國_碳+排.放_交^易=網(wǎng) t a n pa ifa ng .c om
本研究對IPCC數(shù)據(jù)庫中的共享社會經(jīng)濟(jì)路徑數(shù)據(jù)庫（SSP scenario database）[6]和CD-LINKS數(shù)據(jù)庫（CD-LINKS scenario database）[9]進(jìn)行了評估分析。
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SSP數(shù)據(jù)庫主要是共享社會經(jīng)濟(jì)路徑和相關(guān)綜合評估情景的定量預(yù)測。SSP是IPCC開發(fā)的情景框架，反映了社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展與輻射強(qiáng)迫之間的關(guān)聯(lián)，以及不同社會經(jīng)濟(jì)路徑所面臨的氣候變化適應(yīng)與減緩挑戰(zhàn)[10-12]。其中社會經(jīng)濟(jì)情景由5條SSP路徑表示，而氣候情景由典型濃度路徑（representative concentration pathways,RCP）表示。SSP路徑對應(yīng)的 RCP2.6和RCP1.9分別代表了SSP情景限制全球溫升2 ℃和1.5 ℃的路徑，與基準(zhǔn)情景一起是本研究綜述的3類情景。 本文@內(nèi)/容/來/自:中-國-碳^排-放-交易&*網(wǎng)-tan pai fang . com
CD-LINKS數(shù)據(jù)庫來自于CD-LINKS 項(xiàng)目的主要成果。CD-LINKS項(xiàng)目主要探討了氣候行動和社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間復(fù)雜的相互作用，并開發(fā)了一系列以當(dāng)前的國家政策和國家自主貢獻(xiàn)作為短期氣候行動目標(biāo)的國家和全球低碳發(fā)展路徑，同時(shí)逐漸過渡到巴黎協(xié)定中關(guān)于2 ℃/1.5 ℃的長期目標(biāo)[13]。CD-LINKS以不同的氣候政策開發(fā)了8個(gè)不同的情景，其中NoPolicy（無氣候政策影響的基準(zhǔn)情景）在本研究中按基準(zhǔn)情景進(jìn)行分析報(bào)告、NPi2020_1000（當(dāng)前的國家政策持續(xù)到2020年，2020年之后維持2011—2100年1000 Gt CO2的碳預(yù)算，相當(dāng)于超過66%的機(jī)會在21世紀(jì)末達(dá)到2 ℃溫升情景）和NPi2020_400（當(dāng)前的國家政策持續(xù)到2020年，2020年之后維持2011—2100年400 Gt CO2的碳預(yù)算，相當(dāng)于超過66%的機(jī)會在21世紀(jì)末達(dá)到1.5 ℃溫升）在本研究中分別按2 ℃和1.5 ℃進(jìn)行分析報(bào)告。以下綜述以比較這3類情景為主。 本`文@內(nèi)-容-來-自；中^國_碳0排0放^交-易=網(wǎng) ta n pa i fa ng . co m
SSP和CD-LINKS從不同的角度探討了未來的應(yīng)對氣候變化路徑。其中SSP結(jié)合了未來社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展和典型濃度路徑，設(shè)計(jì)了不同的社會發(fā)展模式，代表了不同的減緩和適應(yīng)挑戰(zhàn)。CD-LINKS則探討了國家政策與全球溫升目標(biāo)之間的關(guān)聯(lián)。
從生物質(zhì)能發(fā)展規(guī)模上看，眾多IAMs模型的研究結(jié)果都表明未來的生物質(zhì)能利用量有可能不斷增加[4-5]。
SSP數(shù)據(jù)庫中，全球各區(qū)域的生物質(zhì)能利用量將逐步增加?；鶞?zhǔn)情景下（見圖4（a）），ASIA、MAF和OECD區(qū)域是發(fā)展較快的地區(qū)，從2020年到2100年，這三個(gè)區(qū)域的平均生物質(zhì)能利用量分別增加了12.98 EJ/a、13.64 EJ/a和14.06 EJ/a。相對而言，LAM和REF區(qū)域分別增加了5.75 EJ/a和2.58 EJ/a。當(dāng)考慮全球溫升目標(biāo)的影響時(shí)，各區(qū)域的生物質(zhì)能利用量相比基準(zhǔn)情景都明顯增加（見圖4（b））。在全球溫升2 ℃情景下，ASIA和OECD區(qū)域的平均生物質(zhì)能利用量在2020年到2100年期間分別增加了58.34 EJ/a和73.47 EJ/a，而LAM、MAF和REF區(qū)域分別增加了30.74 EJ/a、30.27 EJ/a和12.74 EJ/a。而考慮更為嚴(yán)格的溫升目標(biāo)時(shí)，全球溫升1.5 ℃情景下各區(qū)域的生物質(zhì)能利用量相對于全球溫升2 ℃情景增加的相當(dāng)有限（見圖4（c）），結(jié)合各區(qū)域的生物質(zhì)資源潛力，預(yù)計(jì)當(dāng)生物質(zhì)能的利用量達(dá)到較高水平時(shí)，將更多受制于土地、淡水、糧食安全等上限約束。 本`文@內(nèi)/容/來/自:中-國^碳-排-放^*交*易^網(wǎng)-tan pai fang. com
CD-LINKS數(shù)據(jù)庫中，基準(zhǔn)情景下的生物質(zhì)能利用量也同樣在不斷增加。從2020年到2100年，ASIA、LAM、MAF、OECD和REF區(qū)域的平均生物質(zhì)能利用量分別增加了4.04 EJ/a、5.13 EJ/a、7.85 EJ/a、15.54 EJ/a和1.29 EJ/a，其中ASIA和MAF區(qū)域的增加量與SSP數(shù)據(jù)庫相比大幅減少（見圖5（a））。在溫升2 ℃情景下，CD-LINKS數(shù)據(jù)庫中ASIA和OECD區(qū)域的生物質(zhì)能利用量的增加（2020—2100年，ASIA和OECD區(qū)域的平均生物質(zhì)能利用量分別增加了32.66 EJ/a和53.43 EJ/a）相對于SSP數(shù)據(jù)庫（2020—2100年，ASIA和OECD區(qū)域的平均生物質(zhì)能利用量分別增加了58.34 EJ/a和73.47 EJ/a）也大幅減小（見圖5（b））。
從轉(zhuǎn)化為二次能源的生物質(zhì)能利用方式上看，生物質(zhì)發(fā)電、生物質(zhì)制氫、生物質(zhì)液體燃料以及沼氣是未來主要的生物質(zhì)能利用方式（見圖6）。SSP數(shù)據(jù)庫的基準(zhǔn)情景中，未來的生物質(zhì)能利用以生物質(zhì)發(fā)電和生物質(zhì)液體燃料為主，并且在不斷增加，相對而言，生物質(zhì)制氫無論是總量和增加幅度都十分微小，而部分區(qū)域沼氣的利用量反而在緩慢下降?？紤]溫升條件的約束時(shí)，生物質(zhì)發(fā)電和生物質(zhì)液體燃料依然是主要的利用方式。與基準(zhǔn)情景下各區(qū)域的生物質(zhì)制氫接近于0不同的是（2020年各區(qū)域在基準(zhǔn)情景下的生物質(zhì)制氫平均利用量約為0 EJ/a，2100年為0.01~0.16 EJ/a），溫升控制情景下生物質(zhì)制氫的發(fā)展?jié)摿⒋蠓黾樱?100年各區(qū)域生物質(zhì)制氫在2 ℃溫升情景下的平均利用量為0.92～6.45 EJ/a，在1.5 ℃溫升情景下的平均利用量為1.24～8.76 EJ/a。此外，情景研究結(jié)果表明沼氣的發(fā)展?jié)摿κ艿綔厣繕?biāo)的約束相對較小，基準(zhǔn)情景下，除了OECD區(qū)域的沼氣平均利用量在2020—2100年期間下降了0.59 EJ/a，其他區(qū)域基本維持當(dāng)前的利用水平。在溫升條件約束下，沼氣利用量的增加幅度也很小，其中ASIA是增加最大的區(qū)域。2020—2100年期間，ASIA區(qū)域的平均沼氣利用量在2 ℃和1.5 ℃溫升情景下分別增加了2.51 EJ/a和2.84 EJ/a，而其他區(qū)域的增加量較小。
圖4 SSP數(shù)據(jù)庫中世界主要區(qū)域的生物質(zhì)能發(fā)展?jié)摿?br /> Fig.4 Regional bioenergy development potential of SSP scenario database 夲呅內(nèi)傛萊源亍：ф啯碳*排*放^鮫*易-網(wǎng) τā ńｐāīｆāńɡ.ｃōｍ
圖5 CD-LINKS數(shù)據(jù)庫中世界主要區(qū)域的生物質(zhì)能發(fā)展?jié)摿?br /> Fig.5 Regional bioenergy development potential of CD-LINKS scenario database 本文+內(nèi)-容-來-自；中^國_碳+排.放_交^易=網(wǎng) t a n pa ifa ng .c om
圖6 SSP數(shù)據(jù)庫中世界主要區(qū)域生物質(zhì)能利用方式
Fig.6 Regional bioenergy utilization of SSP scenario database
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由于各區(qū)域的生物質(zhì)資源量、技術(shù)路線的選擇以及社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的差異，其BECCS潛力也存在著較大的差異。生物質(zhì)資源相對豐富的OECD區(qū)域，BECCS發(fā)展得相對更早，并且發(fā)展的潛力也最大。實(shí)際上目前已有的BECCS示范項(xiàng)目基本上分布在OECD區(qū)域[14]?？紤]到BECCS技術(shù)的發(fā)展，情景數(shù)據(jù)的結(jié)果表明各區(qū)域BECCS在2030年以前的發(fā)展較為緩慢，從2030年到2050年開始快速發(fā)展。例如SSP數(shù)據(jù)庫的2 ℃溫升情景中，2030年全球BECCS發(fā)展?jié)摿?～29.83 EJ/a，到2050年迅速增加到5.48～159.60 EJ/a，其中ASIA和OECD是發(fā)展較快的地區(qū)，2050年這兩個(gè)區(qū)域的BECCS發(fā)展?jié)摿Ψ謩e為1.78～54.38 EJ/a和2.00～59.01 EJ/a，其余區(qū)域?yàn)?～30.12 EJ/a。全球溫升1.5 ℃情景下，各區(qū)域發(fā)展BECCS的時(shí)間更早，并且發(fā)展?jié)摿σ哺?。以BECCS發(fā)展?jié)摿ψ畲蟮膬蓚€(gè)區(qū)域?yàn)槔?，全球溫?.5 ℃情景下，ASIA區(qū)域在2030年和2050年的BECCS發(fā)展?jié)摿Ψ謩e為0.04～6.37 EJ/a和5.60～103.41 EJ/a；OECD區(qū)域?yàn)?.04～9.91 EJ/a和5.18～102.81 EJ/a（見圖7）。
CD-LINKS數(shù)據(jù)庫中，BECCS同樣在2030年左右開始進(jìn)入快速發(fā)展階段。2 ℃溫升情景下，2030年全球BECCS發(fā)展?jié)摿?~6.51 EJ/a，到2050年達(dá)到34.10～69.51 EJ/a，其中OECD是BECCS發(fā)展?jié)摿ψ畲蟮牡貐^(qū)，2050年其BECCS發(fā)展?jié)摿?0.46～19.52 EJ/a。1.5 ℃溫升情景下，各區(qū)域的發(fā)展?jié)摿桶l(fā)展速度也進(jìn)一步擴(kuò)大，2030年全球BECCS發(fā)展?jié)摿?～7.36 EJ/a，到2050年，全球BECCS發(fā)展?jié)摿⑦_(dá)到37.46～128.50 EJ/a（見圖8）。 禸嫆@唻洎：狆國湠棑倣茭昜蛧 τāńｐāīｆāńɡ.ｃōｍ
從轉(zhuǎn)化為二次能源的BECCS技術(shù)路線來看，主要包括生物質(zhì)發(fā)電、生物質(zhì)制氫以及生物質(zhì)液體燃料結(jié)合CCS。其中生物質(zhì)發(fā)電和生物質(zhì)液體燃料結(jié)合CCS占比較大，而生物質(zhì)制氫的占比較小，但是當(dāng)提高溫升目標(biāo)到1.5 ℃時(shí)，生物質(zhì)制氫的增加量相對較大。全球溫升1.5 ℃情景下，2100年全球生物質(zhì)制氫結(jié)合CCS的平均利用量為22.85 EJ/a，相對于2 ℃情景增加了8.51 EJ/a，作為對比，2100年全球溫升1.5 ℃情景下生物質(zhì)發(fā)電結(jié)合CCS的平均利用量相對于2 ℃情景僅增加3.80 EJ/a（見圖9）。
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圖7 SSP數(shù)據(jù)庫中2 ℃/1.5 ℃溫升情景下世界主要區(qū)域的BECCS發(fā)展?jié)摿?br /> Fig.7 Regional BECCS development potential under global warming of 2 ℃/1.5 ℃ in SSP scenario database 本`文@內(nèi)/容/來/自:中-國^碳-排-放^*交*易^網(wǎng)-tan pai fang. com
圖8 CD-LINKS數(shù)據(jù)庫中2 ℃/1.5 ℃溫升情景下世界主要區(qū)域的BECCS發(fā)展?jié)摿?br /> Fig.8 Regional BECCS development potential under global warming of 2 ℃/1.5 ℃ in CD-LINKS scenario database 本文@內(nèi)/容/來/自:中-國-碳^排-放-交易&*網(wǎng)-tan pai fang . com
圖9 SSP數(shù)據(jù)庫中世界主要區(qū)域在全球溫升2 ℃/1.5 ℃情景下的BECCS技術(shù)路線
Fig.9 Regional BECCS technology options under global warming of 2 ℃/1.5 ℃ in SSP scenario database
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圖10 SSP數(shù)據(jù)庫中BECCS占生物質(zhì)能利用量的比例
Fig.10 BECCS share in bioenergy of SSP scenario database 夲呅內(nèi)傛萊源?。骇鎲┨?排*放^鮫*易-網(wǎng) τā ńｐāīｆāńɡ.ｃōｍ
由于BECCS僅考慮了生物質(zhì)能利用中適于結(jié)合CCS的技術(shù)路徑，因而一般其利用量會低于生物質(zhì)能的利用量。全球溫升2 ℃情景下，生物質(zhì)能中BECCS的比重在2030年開始快速增加，各區(qū)域從2030年占比2.7%～24.55%，到2050年增加到26.96%～55.33%。從2070年開始各區(qū)域的BECCS占生物質(zhì)能的比重穩(wěn)定在60%～80%（見圖10）。不同區(qū)域的BECCS在該區(qū)域總生物質(zhì)能利用量中的占比也有差別，2020—2100年的大部分時(shí)間里OECD是占比最大的區(qū)域，而MAF是占比最小的區(qū)域。全球溫升1.5 ℃情景下，BECCS在生物質(zhì)能中的比重也在2030年開始迅速增加。與2 ℃溫升相比，1.5 ℃情景下BECCS在生物質(zhì)能中的比重更早趨于穩(wěn)定，并且比重更高。全球溫升1.5 ℃情景下，2050年各區(qū)域BECCS的比重就達(dá)到51.74%～79.15%，并且進(jìn)一步增加。到2100年，BECCS在生物質(zhì)能利用中的比重最高的OECD區(qū)域?qū)⑦_(dá)到84.52%，即使比重最低的ASIA區(qū)域也達(dá)到70.01%。 內(nèi)-容-來-自；中_國_碳_0排放￥交-易=網(wǎng) t an pa i fa ng . c om
綜合各區(qū)域的生物質(zhì)能和BECCS技術(shù)的發(fā)展?jié)摿砜矗琌ECD區(qū)域當(dāng)前的生物質(zhì)能利用量、生物質(zhì)能發(fā)展和BECCS的發(fā)展都具有較大的潛力。根據(jù)歐盟委員會在《歐洲綠色新政》中的目標(biāo)，歐盟將會在2050年實(shí)現(xiàn)凈零排放，為此，歐盟計(jì)劃2030年溫室氣體排放目標(biāo)將比1990年的水平減少50%，力爭達(dá)到55%[15]。ASIA區(qū)域的生物質(zhì)種類主要以生物質(zhì)固體資源為主，并且能源的轉(zhuǎn)化主要集中在生物質(zhì)發(fā)電領(lǐng)域，因此生物質(zhì)固體燃料結(jié)合CCS是ASIA區(qū)域的主要發(fā)展方向，例如Ricci在2013年的研究[16]表明就電力部門而言，BECCS將會在中國和印度等發(fā)展中國家快速發(fā)展。當(dāng)前ASIA區(qū)域的生物質(zhì)液體燃料利用量較小，按照未來溫升2 ℃和1.5 ℃情景下的生物質(zhì)液體燃料的發(fā)展?jié)摿砜矗镔|(zhì)液體燃料結(jié)合CCS具有較大的發(fā)展空間。MAF區(qū)域的生物質(zhì)能利用主要集中在生物質(zhì)固體燃料，未來在生物質(zhì)發(fā)電和生物質(zhì)液體燃料結(jié)合CCS上會有較大的發(fā)展。LAM和REF區(qū)域目前的生物質(zhì)能利用水平相對較低，全球溫升2 ℃和1.5 ℃情景下需要逐步發(fā)展生物質(zhì)發(fā)電、生物質(zhì)制氫和生物質(zhì)液體燃料結(jié)合CCS。 內(nèi)/容/來/自:中-國-碳-排-放*交…易-網(wǎng)-tan pai fang . com
從生物質(zhì)能技術(shù)的原料構(gòu)成來看（見圖11），農(nóng)業(yè)剩余物、林業(yè)剩余物和能源植物是主要的生物質(zhì)資源。
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圖11 2050年全球生物質(zhì)能技術(shù)潛力[5, 18, 20]
能源植物在未來的生物質(zhì)能利用中可能具有較大的比例，但是能源植物的不確定范圍也最大。IPCC在《可再生能源與氣候變化》特別報(bào)告中提出2050年全球生物質(zhì)資源技術(shù)潛力為50～1000 EJ/a，其中剩余農(nóng)業(yè)用地上的能源植物潛力為0～700 EJ/a，邊際土地上的能源植物潛力為0～110 EJ/a[5]。Haberl等在2015年認(rèn)為2050年全球生物質(zhì)能技術(shù)潛力在327～539 EJ/a之間，而能源植物達(dá)到89～179 EJ/a[17]。Rogner等在2012年的研究表明2050年生物質(zhì)能技術(shù)潛力將達(dá)到162～267 EJ/a，其中能源植物將達(dá)到44～133 EJ/a[18]。IPCC在《全球升溫1.5 ℃》特別報(bào)告中提出在沒有或有限超過1.5 ℃的路徑中，2050年能源植物的種植面積為20萬～280萬km2，而在更高超過1.5 ℃的路徑中，2050年能源植物的種植面積將達(dá)到720萬km2。根據(jù)不同文獻(xiàn)的評估結(jié)果，全球生物質(zhì)資源潛力中能源植物的占比將達(dá)到0%～81%（見圖11）。 本`文內(nèi).容.來.自：中`國`碳`排*放*交*易^網(wǎng) t a npai fan g.com
農(nóng)業(yè)剩余物和林業(yè)剩余物是目前大量利用的主要生物質(zhì)資源，與能源植物相比其資源潛力的不確定范圍較小，例如Rogner等在2012年認(rèn)為2050年全球農(nóng)業(yè)剩余物技術(shù)潛力為49 EJ/a，林業(yè)剩余物為19～35 EJ/a[18]。Haberl等在2015年綜合眾多的研究成果表明2050年全球農(nóng)業(yè)剩余物技術(shù)潛力為101 EJ，林業(yè)剩余物為37～71 EJ/a。EMF-33（EMF-33，即第33次斯坦福能源模型論壇，共11個(gè)IAMs參加了此次論壇）項(xiàng)目對于大規(guī)模部署生物質(zhì)能以實(shí)現(xiàn)長期氣候目標(biāo)的可行性也進(jìn)行了詳細(xì)的研究。其中，關(guān)于農(nóng)林剩余物作為原料的生物質(zhì)能利用規(guī)模，基于參與EMF-33項(xiàng)目的8個(gè)IAMs模型的研究表明[19]，在低生物質(zhì)能需求情景下農(nóng)林剩余物提供了大部分的生物質(zhì)能供應(yīng)，在高生物質(zhì)能需求或較高的生物質(zhì)原料價(jià)格時(shí)，農(nóng)林剩余物的供應(yīng)將會增加。在高生物質(zhì)能需求情景下，農(nóng)林剩余物將在2050年和2100年分別提供7%～50%和2%～30%的生物質(zhì)能需求。同時(shí)考慮文獻(xiàn)評估的農(nóng)林剩余物資源潛力時(shí)，2050年農(nóng)林剩余物的能源供應(yīng)將達(dá)到55 EJ/a。
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考慮到生物質(zhì)能可利用條件的限制，IPCC于2011年預(yù)計(jì)到2050年全球可用于能源化利用的生物質(zhì)潛在推廣利用水平為100～300 EJ/a[5] 。
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各區(qū)域的生物質(zhì)能潛力也有較大差別。Haberl 等在2010年評估了世界主要區(qū)域的生物質(zhì)能技術(shù)潛力（見圖12），其研究結(jié)果表明2050年OECD區(qū)域的生物質(zhì)資源技術(shù)潛力達(dá)到了59 EJ/a，其中林業(yè)剩余物和能源植物占比最大，分別為23 EJ/a和17 EJ/a。ASIA地區(qū)的總生物質(zhì)能技術(shù)潛力為59 EJ/a，其中農(nóng)業(yè)剩余物占比最大，達(dá)到23 EJ/a。REF、MAF和LAM區(qū)域的生物質(zhì)能技術(shù)潛力也分別達(dá)到19 EJ/a、33 EJ/a和45 EJ/a[20]。各區(qū)域的生物質(zhì)能潛力的不確定范圍也較大，主要以能源植物和林業(yè)剩余物的不確定為主，其中以O(shè)ECD的不確定范圍最大，其生物質(zhì)能技術(shù)潛力為41～77 EJ/a，REF區(qū)域的不確定范圍最小，其生物質(zhì)能技術(shù)潛力為12～23 EJ/a[20]。 內(nèi)/容/來/自:中-國/碳-排*放^交%易#網(wǎng)-tan p a i fang . com
圖12 2050年全球各區(qū)域生物質(zhì)能技術(shù)潛力（根據(jù)Haberl 等在2010年的分析整理）[20-24]
Fig.12 Global and regional technical bioenergy potential in 2050 (adapted from Haberl et al.,2010)
BECCS的減排量不僅和生物質(zhì)能潛力相關(guān)，同時(shí)還可能受制于全球碳封存潛力?？紤]到不同地區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造差異、巖層的滲透率要求，全球碳封存潛力在空間上差異較大。根據(jù)GCCSI在2016年對全球29個(gè)國家的碳封存潛力的研究[25]，全球碳封存潛力為7374～27 522 Gt CO2，其中ASIA地區(qū)的碳封存潛力為1 852.4～1949 Gt CO2，LAM地區(qū)為2130 Gt CO2，MAF地區(qū)為194.3～465.6 Gt CO2，REF地區(qū)僅評估了俄羅斯的碳封存潛力，達(dá)到6.8 Gt CO2，OECD地區(qū)是碳封存潛力最大的地區(qū)，達(dá)到3190～22 971 Gt CO2，其中美國的碳封存潛力最大，碳封存潛力在2367～21 200 Gt CO2之間。Benson等在2012年評估的全球碳封存潛力為5052～24 471 Gt CO2[26]，其中咸水層的碳封存潛力最大，為3963～23 171 Gt CO2，此外，枯竭油氣田和煤層的碳封存潛力分別為996～1150 Gt CO2和93～150 Gt CO2。McCollum等在2014年認(rèn)為全球碳封存潛力為1680～24 000 Gt CO2[27]。綜合以上研究可以看出，全球碳封存潛力范圍在1680~27 522 Gt CO2，是否可以支撐全球BECCS的發(fā)展，具有不確定性。 夲呅內(nèi)傛萊源?。骇鎲┨?排*放^鮫*易-網(wǎng) τā ńｐāīｆāńɡ.ｃōｍ
大規(guī)模部署B(yǎng)ECCS還面臨土地利用變化、水資源緊張和糧食安全等問題[4, 28]。Fajardy等在2017年的研究表明BECCS的大規(guī)模部署將需要大量的土地、淡水和營養(yǎng)物[29]。Smith等在2015年對負(fù)排放技術(shù)發(fā)展的生物物理和經(jīng)濟(jì)條件的限制進(jìn)行了評估[30]，在全球溫升2 ℃路徑下，發(fā)展BECCS需要的土地面積為 380萬～700萬km2，是2000年全球農(nóng)業(yè)用地的7%～25%，以及可耕地和永久性作物面積的25%～46%，同時(shí) 需要額外使用約全球3%的淡水資源。BECCS的發(fā)展很可能會對淡水、土地和生物圈造成嚴(yán)重影響[31]，這也引起了BECCS對減緩氣候變化作用的爭議[32-33]。但是，如果生物質(zhì)能、CCS和BECCS的發(fā)展受到限制，許多模型的結(jié)果表明很難將溫升幅度控制在2 ℃范圍內(nèi)[34]。平衡BECCS的發(fā)展與土地利用、淡水資源、糧食安全和生態(tài)環(huán)境安全將是世界主要區(qū)域BECCS規(guī)?；l(fā)展中需要面臨的挑戰(zhàn)。 本+文+內(nèi)/容/來/自:中-國-碳-排-放（交—易^網(wǎng)-tan pai fang . com
目前生物質(zhì)發(fā)電、生物質(zhì)液體燃料和沼氣是生物質(zhì)能利用的主要方式。其中生物質(zhì)發(fā)電和生物質(zhì)液體燃料由于容易與CCS相結(jié)合，是未來生物質(zhì)能利用的主要方式。當(dāng)前生物乙醇和生物柴油等生物質(zhì)液體燃料主要作為交通運(yùn)輸燃料應(yīng)用于交通部門來減少CO2排放和空氣污染，但是電動汽車的快速發(fā)展，預(yù)計(jì)未來可能會逐步替代汽油車，從而導(dǎo)致交通運(yùn)輸部門對生物質(zhì)液體燃料的需求減少。2019年IRENA預(yù)計(jì)到2050年電動汽車將會達(dá)到10億輛，同時(shí)2050年電力能源在交通部門的終端能源消費(fèi)中的比重將達(dá)到43%[35]。2019年IRENA同時(shí)也調(diào)查分析了目前生物質(zhì)液體燃料發(fā)展面臨的主要障礙[36]，其中道路運(yùn)輸?shù)娜找骐姎饣瘜⑹沟媒煌ú块T的低碳化發(fā)展不僅依靠生物質(zhì)液體燃料的應(yīng)用，未來生物質(zhì)液體燃料的應(yīng)用將朝著多種用途的方向發(fā)展。因此相對于生物質(zhì)發(fā)電，生物質(zhì)液體燃料的發(fā)展?jié)摿⒋嬖诟蟮牟淮_定性。
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本研究基于全球情景研究結(jié)果，結(jié)合全球各區(qū)域生物質(zhì)資源利用現(xiàn)狀、生物質(zhì)能潛力與碳封存潛力，評估分析了全球溫升2 ℃和1.5 ℃情景下主要區(qū)域的BECCS發(fā)展?jié)摿Α８鲄^(qū)域BECCS從2030年到2050年開始快速發(fā)展。全球溫升2 ℃情景下，主要以生物質(zhì)發(fā)電和生物質(zhì)液體燃料結(jié)合CCS為主，而生物質(zhì)制氫結(jié)合CCS的發(fā)展?jié)摿^小，但是在溫升1.5 ℃情景下，生物質(zhì)制氫結(jié)合CCS相對于2 ℃溫升情景的增加量較大。分區(qū)域來看，OECD和ASIA區(qū)域是BECCS發(fā)展?jié)摿ψ畲蟮膬蓚€(gè)區(qū)域，其次是MAF和LAM區(qū)域，而REF區(qū)域的BECCS發(fā)展?jié)摿ψ钚?。BECCS在生物質(zhì)能利用的比重上，OECD區(qū)域是比重最大的地區(qū)，而MAF區(qū)域是比重最小的地區(qū)。到本世紀(jì)末，全球溫升2 ℃和1.5 ℃情景下各區(qū)域的BECCS在生物質(zhì)能利用中的比重都超過了50%。 夲呅內(nèi)傛萊源亍：ф啯碳*排*放^鮫*易-網(wǎng) τā ńｐāīｆāńɡ.ｃōｍ
當(dāng)前BECCS的發(fā)展還存在爭議，各區(qū)域的生物質(zhì)資源潛力以及對BECCS的需求也不盡相同。BECCS的發(fā)展在實(shí)現(xiàn)全球溫升2 ℃和1.5 ℃以及各區(qū)域?qū)崿F(xiàn)凈零排放路徑中具有重要作用。如何協(xié)調(diào)各區(qū)域的BECCS發(fā)展，以及平衡BECCS的發(fā)展過程中對土地、淡水、糧食和生態(tài)環(huán)境的影響是全球各區(qū)域應(yīng)對氣候變化，實(shí)現(xiàn)全球溫升2 ℃/1.5 ℃路徑中面臨的巨大挑戰(zhàn)。
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