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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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應對氣候變化是一項重要的全球性議題。2018年全球平均CO2濃度達到歷史最高水平的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到553億t CO2當量，其中化石燃料相關(guān)的CO2排放達到375億t 當量[2]。全球溫室氣體排放不斷增長意味著排放達峰的延后，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）以及增強風化和海洋堿化等[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進行分離、壓縮并運至封存地點，使其與大氣長期隔離起來。BECCS是應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)模部署來實現(xiàn)全球溫升控制2 ℃或1.5 ℃的目標。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 ℃》特別報告中提出，在實現(xiàn)全球溫升1.5 ℃路徑中，2030年、2050年和2100年的BECCS的規(guī)模預計將達到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€初步認識，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)濟路徑（Shared Socioeconomic Pathways，SSP）數(shù)據(jù)庫中的區(qū)域劃分，分為3個層次[6]。第一個層次是將全球分為5個區(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；第二個層次是將全球分為32個區(qū)域；第三個層次是以各個國家和地區(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Γ虼嗽趨^(qū)域劃分上保持與IPCC數(shù)據(jù)庫中5個區(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)和交通運輸燃料等[5]。
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根據(jù)149個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)固體燃料利用量達到13.67 EJ，大部分用于終端消費，其中住宅用能達到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年住宅用能達到13.19 EJ，同時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個國家和地區(qū)的能源數(shù)據(jù)進行核算，由于缺少部分國家的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，核算的生物質(zhì)能利用總量略低于全球的統(tǒng)計數(shù)據(jù)。②統(tǒng)計的生物質(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)計結(jié)果[8]，2017年全球生物質(zhì)發(fā)電量達到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2019》，基于全球149個國家和地區(qū)的能源數(shù)據(jù)進行核算，由于缺少部分國家的統(tǒng)計數(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年這兩個區(qū)域的城市生活垃圾發(fā)電分別達到23 250 GWh和33 604 GWh，其他固體廢棄物發(fā)電分別達到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)濟路徑和相關(guān)綜合評估情景的定量預測。SSP是IPCC開發(fā)的情景框架，反映了社會經(jīng)濟發(fā)展與輻射強迫之間的關(guān)聯(lián)，以及不同社會經(jīng)濟路徑所面臨的氣候變化適應與減緩挑戰(zhàn)[10-12]。其中社會經(jīng)濟情景由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 項目的主要成果。CD-LINKS項目主要探討了氣候行動和社會經(jīng)濟發(fā)展之間復雜的相互作用，并開發(fā)了一系列以當前的國家政策和國家自主貢獻作為短期氣候行動目標的國家和全球低碳發(fā)展路徑，同時逐漸過渡到巴黎協(xié)定中關(guān)于2 ℃/1.5 ℃的長期目標[13]。CD-LINKS以不同的氣候政策開發(fā)了8個不同的情景，其中NoPolicy（無氣候政策影響的基準情景）在本研究中按基準情景進行分析報告、NPi2020_1000（當前的國家政策持續(xù)到2020年，2020年之后維持2011—2100年1000 Gt CO2的碳預算，相當于超過66%的機會在21世紀末達到2 ℃溫升情景）和NPi2020_400（當前的國家政策持續(xù)到2020年，2020年之后維持2011—2100年400 Gt CO2的碳預算，相當于超過66%的機會在21世紀末達到1.5 ℃溫升）在本研究中分別按2 ℃和1.5 ℃進行分析報告。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對氣候變化路徑。其中SSP結(jié)合了未來社會經(jīng)濟發(fā)展和典型濃度路徑，設(shè)計了不同的社會發(fā)展模式，代表了不同的減緩和適應挑戰(zhàn)。CD-LINKS則探討了國家政策與全球溫升目標之間的關(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?；鶞是榫跋拢ㄒ妶D4（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。當考慮全球溫升目標的影響時，各區(qū)域的生物質(zhì)能利用量相比基準情景都明顯增加（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。而考慮更為嚴格的溫升目標時，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 ℃情景增加的相當有限（見圖4（c）），結(jié)合各區(qū)域的生物質(zhì)資源潛力，預計當生物質(zhì)能的利用量達到較高水平時，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?。ㄒ妶D5（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。考慮溫升條件的約束時，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艿綔厣繕说募s束相對較小，基準情景下，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。實際上目前已有的BECCS示范項目基本上分布在OECD區(qū)域[14]。考慮到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)域為0～30.12 EJ/a。全球溫升1.5 ℃情景下，各區(qū)域發(fā)展BECCS的時間更早，并且發(fā)展?jié)摿σ哺?。以BECCS發(fā)展?jié)摿ψ畲蟮膬蓚€區(qū)域為例，全球溫升1.5 ℃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)域為0.04～9.91 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)展速度也進一步擴大，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_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，但是當提高溫升目標到1.5 ℃時，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的比重就達到51.74%～79.15%，并且進一步增加。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_到84.52%，即使比重最低的ASIA區(qū)域也達到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?，OECD區(qū)域當前的生物質(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，歐盟將會在2050年實現(xiàn)凈零排放，為此，歐盟計劃2030年溫室氣體排放目標將比1990年的水平減少50%，力爭達到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?，生物質(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)潛力將達到162～267 EJ/a，其中能源植物將達到44～133 EJ/a[18]。IPCC在《全球升溫1.5 ℃》特別報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到720萬km2。根據(jù)不同文獻的評估結(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IAMs參加了此次論壇）項目對于大規(guī)模部署生物質(zhì)能以實現(xiàn)長期氣候目標的可行性也進行了詳細的研究。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項目的8個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，在高生物質(zhì)能需求或較高的生物質(zhì)原料價格時，農(nóng)林剩余物的供應將會增加。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。同時考慮文獻評估的農(nóng)林剩余物資源潛力時，2050年農(nóng)林剩余物的能源供應將達到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年預計到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，達到6.8 Gt CO2，OECD地區(qū)是碳封存潛力最大的地區(qū)，達到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年對負排放技術(shù)發(fā)展的生物物理和經(jīng)濟條件的限制進行了評估[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 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輸燃料應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，預計未來可能會逐步替代汽油車，從而導致交通運輸部門對生物質(zhì)液體燃料的需求減少。2019年IRENA預計到2050年電動汽車將會達到10億輛，同時2050年電力能源在交通部門的終端能源消費中的比重將達到43%[35]。2019年IRENA同時也調(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)液體燃料的應用，未來生物質(zhì)液體燃料的應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?。各區(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€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?。骇鎲┨?排*放^鮫*易-網(wǎng) τā ńｐāīｆāńɡ.ｃōｍ
當前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)域應對氣候變化，實現(xiàn)全球溫升2 ℃/1.5 ℃路徑中面臨的巨大挑戰(zhàn)。
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