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碳移除：应对气候变化从增量控制到存量处理的新动向

一、碳移除的基本概念
根据2022年政府间气候变化专门委员会（IPCC）第六次评估报告（AR6）的定义，碳移除（Carbon Dioxide Removal, 简称CDR）是指通过人为活动移除大气中的二氧化碳（CO2），并将其长期储存在地质、陆地或海洋池库或产品中[i]。CDR和温室气体减排都是气候变化的缓解措施。CDR不能替代深度减排，但作为一个重要的减缓措施，可与其他缓解方法协同使用。目前将全球变暖限制在1.5℃或2℃的场景通常将CDR方法与减排相结合，即通过CDR方法来补偿脱碳困难或成本高昂部门的剩余排放（residual emissions）。此外，CDR还可以作为发生温度过冲（temperature overshoot，暂时超过规定的全球升温水平，如1.5℃）后实现全球气温回落的一种方式。简言之，为实现巴黎协定第四条提出的全球净零排放目标，碳移除将发挥双重作用：   

–       补偿难减排部门的剩余排放；

–       移除历史排放以应对温度过冲。

数据来源：IPCC AR6 Scenario Explorer and Database；RMI分析

  二、碳移除的技术种类
CDR主要基于两种原理：一种是增强从大气中移除CO2的现有自然过程，如森林、土壤等生态系统碳汇；另一种是利用工程技术手段直接从空气中捕获CO2。根据移除技术的不同特点，落基山研究所将CDR技术划分为三大种类：-生物源碳移除（Biogenic CDR，简称bCDR）：利用自然发生的生物固碳机制（主要是光合作用）从大气中捕获CO2。包括保持或增加森林、农业草原和湿地等生物量、利用建筑木材、生物炭等稳定生物质产品实现长期储存、生物能源与二氧化碳捕获与封存相结合（BECCS）。

-地球化学碳移除（Geochemical CDR，简称gCDR）：加速碱性物质与二氧化碳之间的自然中和反应，将大气中的CO2转化为固体碳酸盐矿物或溶解的碳酸氢盐。例如加速岩石表面矿化、陆地和海岸增强风化、利用矿物增加海水碱度。

-合成碳移除（Synthetic CDR，简称sCDR）：利用由低碳能源驱动的工程系统，直接从空气中分离并捕获CO2；或通过改变水的化学性质间接移除空气中的CO2。例如利用溶液吸收与固体吸附、膜分离法、电化学方法提高海水碱度等。

CO2的封存是单独的一个CDR技术种类，即通过捕集、矿化和其他物理或化学过程封存捕获和浓缩的CO2。包括利用地质结构或矿物捕集的传统碳封存手段和通过原地及异地矿化的非传统封存手段。

来源：RMI

CDR不同于基于化石能源（主要是工业和能源领域）的碳捕集与封存技术（Carbon Dioxide Capture and Storage，简称CCS）。前者捕捉的是大气中已有的CO2，因此可以从存量的角度降低大气中CO2的浓度，后者往往应用于排放发生时的CO2捕捉，重点在于减少或者避免新的排放，属于减排手段, 单独采用时并不能移除大气中的CO2。而只有将CCS与生物能源生产相结合（BECCS）或与直接空气捕集相结合（DACCS）时，CCS才可以成为CDR方法的一部分。CDR手段的核心特征在于从大气中移除CO2，不论其是新增排放还是历史排放，也可以说CDR是对于已经排出的CO2进行的“二次减排”，其效果针对存量来说更为实质。

三、碳移除的紧迫性和全球碳移除需求
伴随着IPCC评估报告的发布以及近年来应对气候变化目标特别是1.5℃温控目标的提出，对于碳移除的必要性和紧迫性认识日益提升。碳移除需求量将取决于碳减排的速度、剩余排放的水平以及超出目标温度的幅度。在IPCC AR6给出的将全球温升控制在1.5℃以内情景下，到2030年全球每年需要移除2.3Gt CO2，约为目前全球年排放的6%左右，到2050年全球每年需移除至少10.8Gt。如果出现显著温度过冲，CDR需求量则进一步增加[ii]。

数据来源：IPCC AR6 Scenario Explorer and Database；RMI分析

满足CDR需求目标要通过上述三类技术实现。其中，相对于传统利用自然生态系统碳汇功能的CDR技术，创新性的工程技术CDR，例如BECCS、gCDR和sCDR技术，将成为更加有力的手段。根据落基山研究所分析，全球陆地和海洋生态系统的年碳汇量在2050年为4Gt，仅满足30-40%左右的全球碳移除需求[ii]。这意味着余下大部分的需求要通过工程技术CDR实现。

四、碳移除的国际和国内政策
从政策和市场动态来看， IPCC AR6是国际社会在CDR认知和行动方面的分水岭，2022年迄今国际社会明显加快了对碳移除工作的部署和投入。2022年底，联合国高级别气候倡导者（the UN Climate Change High Level Champion）在联合国气候变化大会上发起了“2030突破碳移除”的倡议，呼吁社会各界摈弃对碳移除的争议并加快创新行动，力争到2030年实现3.5 Gt/年的碳移除[iii]。在2023年底的第二十八届联合国气候变化大会（COP28），《巴黎协定》下“首次全球盘点”明确指出了发展碳移除手段的必要性[iv]。美国和欧盟等正在积极通过法律法规、财政补贴、政府采购、科研专项、试点示范等各种方式加强CDR的研发应用和标准化等工作。2024年1月，美国议会通过《碳移除领导力法案》（Carbon Dioxide Removal Leadership Act），要求联邦政府在2035年前直接购买3160万吨的CDR信用[v]。2024年4月，欧盟议会正式通过CDR认证框架相关法案，包括碳农业（carbon farming）、永久碳储存（permanent storage）、木质建材等材料中的碳储存（Carbon storage in long-lasting products and materials）等。此外，欧盟还通过“地平线欧洲（Horizon Europe）”和“创新基金（ Innovation Fund）”对于包括CDR在内的技术研发提供数十亿欧元的支持。2021年，英国发布国家净零战略，其中明确提出在2030年前每年部署500万吨基于工程技术手段的CDR[vi]。2024年4月底，丹麦政府在与来自本土及苏格兰的三家企业达成价值1.67亿美元的碳移除购买协议[vii]，计划在2026年至2032年七年间每年实现16万吨工程技术类碳移除，相当于1.6万公顷森林的年固碳量，据报道该笔交易是截至日前全球最大单笔针对碳移除信用的政府采购行为[viii]。

我国碳达峰和碳中和“1+N”政策体系对CDR工作做出了系列部署。2022年6月，科技部等九部门印发了《科技支撑碳达峰碳中和实施方案（2022-2030年）》，其中明确提出“构建低碳零碳负碳技术创新体系”，并制定了负碳及二氧化碳温室气体减排技术能力提升行动和前沿颠覆性低碳技术创新行动，强调了包括生态系统固碳增汇技术和空气中二氧化碳直接捕集技术等在内的CDR前沿技术研究部署。2023年4月，自然资源部等四部门联合印发了《生态系统碳汇能力巩固提升实施方案》，方案围绕生态碳汇能力提升，即通过森林草原等生态系统从大气中移除二氧化碳的能力，提出了到2025年和2030年的主要目标和四方面重点任务。这些政策和行动方案为我国进一步有效发挥碳移除对碳达峰碳中和目标的支撑作用奠定了重要基础。

五、碳移除的市场进展
CDR全球成交量逐年上升，其技术发展将有望开启新的万亿级产业赛道。由于已经诱发的气候变化和系统不稳定性，来自森林火灾、永久冻土融化等其他非人类活动直接导致的排放也会增加并且难以预测，自然碳汇的可持续性受到挑战。近年来，创新性、前沿颠覆性的工程技术类CDR，被普遍认为固碳效果更为持久和更可控，日益受到国际市场的青睐。2023年，全球工程技术类CDR购买量激增。根据CDR.fyi统计数据，年度成交总额超10亿美元，平均购买价格达每吨250美元，最高交易价格甚至达每吨1400美元。在刚刚过去的2024年第二季度，全球工程技术类CDR信用交易已达到570万吨，已超过2023年全年成交量[ix]。其中，微软、Frontier、空客、亚马逊、NextGen等前五大买家对于工程技术类CDR购买量超过全球历史累计交易量的64%。根据微软公司披露的《2030年前负碳目标实现路径》，微软将在2030年前累计实现5000万吨CDR，以补偿历史排放并实现公司及供应链负碳（Carbon negative）[x]。

数据来源：Climate Focus，CDR.fyi；RMI分析

整体来看，与传统意义上的碳减排工作相比，CDR的发展在全球层面还处于起步期，创新性的工程技术CDR总量不足传统自然碳汇CDR总量的1%[xi]；同时，CDR发展也面临诸多挑战及一些潜在风险和限制因素。例如，生物源碳移除手段发展受到土地利用的制约，而直接空气捕捉与封存等技术则存在高能耗的问题；以及大规模的CDR部署可能带来的地球系统反馈，进而对生物多样性、水和粮食生产等方面带来不同程度的积极或消极影响。但是，CDR更显著地体现了应对气候变化的紧迫性共识，体现了从增量控制到存量处理的认识和手段上的提升，代表了目前和未来应对气候变化技术、政策、市场发展的一个重要方向，其对全球应对气候变化的相关政策走向、投资重心、产业布局以及市场化交易新的规则都带来重大影响。

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