碳捕集技术规模化挑战与路径分析

气候背景与碳捕集需求

为将全球变暖控制在2°C以内，政府间气候变化专门委员会指出，需要从大气中清除大量二氧化碳。数据显示，去年二氧化碳排放量创历史新高，地球平均气温首次比工业化前水平上升1.5°C。

传统方法包括在温带和热带森林种植更多树木、增加土壤碳储存等，虽然成本较低但存在局限性：森林可能燃烧、病死或被砍伐，土壤中的碳最终会被微生物分解。这些方法都需要大量土地来封存每吨碳。

新型技术代表——直接空气捕获系统采用大功率风扇或泵，通过化学方式从空气或海水中分离二氧化碳，随后通过管道输送至地下注入系统。但当前DAC系统消耗大量能源和试剂，且会产生有毒副产品。

地质学家已确定可容纳数万亿吨二氧化碳的地下储层。目前每年约封存5100万吨二氧化碳，计划未来十年将规模扩大七倍。但现有碳捕集项目主要处理化石燃料产生的二氧化碳，DAC贡献微乎其微。

根据2018年国际研究小组的评估，到2100年需清除5250-7550亿吨二氧化碳。2019-2023年仅清除90亿吨，其中99.9%通过林业管理实现。DAC等新型方法年清除量不足200万吨。

IPCC情景分析显示，要实现2°C温控目标，本世纪末DAC等新型技术需达到年清除60-120亿吨二氧化碳的规模。某研究机构估算，维持100亿吨/年的DAC规模需额外产生4.4太瓦清洁能源，远超2024年全球清洁能源消费总量。

目前DAC设施因能耗过高难以抵消自身碳足迹，生物炭、增强岩石风化等新技术年清除量仅占总量0.004%。实现气候目标需要所有碳清除方法共同扩大规模，直至其不良后果限制进一步发展。