一、直接空气碳捕获和储存（DACS）
（一）什么是DACS？
直接空气碳捕获和储存（Direct air capture and storage），简称 DACS，是少数可以从大气中直接清除二氧化碳的技术。
（二）DACS技术有哪些优势？
DACS技术的优势主要在于可以对数以百万计的小型化石燃料燃烧装置以及数以亿计的交通工具等分布源的CO2进行捕集处理。此外，与CCS或CCUS这些主要针对固定源捕获的技术相比，DACS装置的布置地点具有更大的灵活性。且DACS技术可与CCS技术结合使用，对CCS技术储存中泄露的CO2进行捕捉。CO2排放量增长趋势不可避免，合理运用DACS技术可能出现碳“负排放”的情况，极大降低大气中CO2浓度。
（三）DACS技术的原理是什么？
DACS可以被描述为一种工业光合作用。就像植物使用光合作用将阳光和二氧化碳转化为糖一样，DACS系统使用电力通过风扇和过滤器从大气中去除二氧化碳。
空气通过工业级风扇吸入DACS系统。DACS溶液系统使空气通过化学溶液，去除其中的二氧化碳并将其余的空气返回大气中。
DACS固态系统在覆盖着化学剂的过滤器表面捕获二氧化碳，然后形成化合物。新形成的化合物被加热，释放要捕获的二氧化碳，并将其与化学剂分离，然后可以回收。
被捕获的二氧化碳可以在非常高压下被压缩，并通过管道泵输送到深层地质层。通过自然矿化，二氧化碳与玄武岩发生反应，并在几年内变成石头。这种永久存储过程被称为“封存”。或者，二氧化碳可以在低压下泵送，以便立即用于商业过程，如碳化饮料或水泥制造。
（四）DACS技术的关键点？
1、高效低成本吸收/吸附材料的开发设计
如何开发兼具高吸附容量和高选择性的吸附材料是DACS技术未来商业化应用的关键。此外，从吸附剂中解吸CO2过程也必须简单、高效、耗能少，吸收/吸附材料能经历多次循环使用。
2、高效低成本设备的开发
DACS技术涉及的装置主要有捕集装置、吸附或吸收装置、脱附或再生装置。改进空气捕集装置提高CO2捕集率是降低成本的关键。对吸附装置以及脱附装置的改进和研究至关重要。目前DACS在工业领域涉及较少，所以相关DAC设备研究报道较少。总体而言，对DACS技术进行过程强化以及对工艺系统进行整合优化是降低成本的关键。
（五）DACS技术的应用现状？
目前全球有15家DACS工厂——Climeworks公司在瑞士、冰岛和意大利有3家。这些小型工厂每年捕获约9000吨二氧化碳。第一家大型工厂目前正在德克萨斯州的Permian盆地开发，预计在2025年投入运营时，每年将捕获100万吨。
根据美国一家风投公司 Piva Capital 贡献的视角，他们会以商业模式为维度去看待碳清除技术，一般有集中式与分布式两种。基础设施投资者更擅长建设集中的资本密集型项目，而风险投资者可以帮忙扩展产品和技术支持的解决方案。
以 DACS 技术为例，石油巨头正在利用加拿大的清洁能源公司 Carbon Engineering 和美国的 Global Thermostat 公司的技术来构建集中式项目。而风险投资者正在探索更多模块化、分布式的方法，如 Mission Zero 和 Noya。这些分布式商业模式降低了基础设施项目固有的技术放大风险，并且可以通过灵活选址降低运输成本。
（六）未来DACS的发展方向如何？
1、进一步开发低成本、高通量、高选择性的DACS吸附/吸收材料，探索胺类等新型吸附剂对低浓度CO2的吸附能力，开展DACS吸附/吸收材料稳定性、寿命及循环性能长周期测试，为后续DASC技术规模化应用奠定基础。
2、研发能够快速装载和卸载吸附剂的DACS相关设备，提出适用于DACS工艺的过程强化技术，并开发基于不同吸附剂的高效工艺，对工艺系统进行整合和优化，并构建出成本低廉、装置简易的DACS工艺系统。
3、结合生命周期评价等手段，开展不同时间和空间尺度范围DACS工艺与可再生能源系统耦合的技术经济性评价和碳减排潜力分析，为减少全球碳排放、实现碳中和提供重要技术支撑。
二、生物质能-碳捕集与封存（BECCS）
（一）什么是BECCS？
作为应对全球气候变化的关键技术之一，碳捕集、封存及再利用技术CCUS（Carbon Capture, Utilization and Storage）可以将CO2 从工业过程、能源利用或大气中分离出来，直接加以利用或注入地层以实现 CO2 永久减排。
BECCS生物质能-碳捕集与封存(Bio-Energy with Carbon Capture and Storage)就是CCUS中的一类特殊技术，能将生物质燃烧或转化过程中产生的 CO2 进行捕集、封存，与传统CCUS技术的区别是可以实现负排放。
其技术原理是：利用植物的光合作用，将大气中的CO2转化为有机物，并以生物质的形式积累储存下来，这部分生物质可以直接用于燃烧产生热量，或者通过化学反应合成其他高价值的清洁能源。生物质燃烧和化学合成过程中产生的CO2，被认为是植物生长所储存的CO2释放出来，（这个过程属于“净零排放”）；然后利用CCS技术捕获释放出来的CO2，将其进一步压缩和冷却处理后，用船舶或者是管道输送，最后被注入合适的地质构造中永久储存，（这一过程属于“负排放”）。因此，BECCS技术是一种负排放技术。
（二）国际机构对BECCS贡献的评估
《中国二氧化碳捕集利用与封存(CCUS)年度报告(2021)》将不同研究机构对CCUS在不同情景中的减排贡献进行了汇总，关于BECCS的减排贡献总结如下：
1.联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)在《IPCC全球升温1.5℃特别报告》中指出BECCS的部署在2030年仍然有限(3亿吨，情景中位数水平)，在2050年左右全球CO2达到净零排放，BECCS规模约为45亿吨。
2.国际能源署(IEA)可持续发展情景（Sustainable Development Scenario)的目标是全球于2070年实现净零排放，CCUS是第四大贡献技术，占累积减排量的15%。BECCS的部署将在第二阶段2030年到2050年快速增长，占到15%，尤其是在发电和低碳生物燃料方面。到第三阶段，2050年到2070年，捕集比前一阶段增长85%，其中45%来自于BECCS。
3.IEA2050年全球能源系统净零排放情景(Net-ZeroEmissions，NZE)下，2030年全球CO2捕集量为16.7亿吨/年，2050年为76亿吨/年。其中，2030年生物质能的碳捕集量约2.55亿吨，2050年来自生物质能碳捕集量达到13.8亿吨。
（三）发展BECCS的四大不确定因素
一是，资源可获得性的不确定。适用于BECCS的生物质资源种类不足、生物质资源在空间上分布不均匀，可利用的土地面积、环境政策的制约和技术经济的发展等都会影响到生物质的可供应量。
二是，BECCS 技术成熟度的不确定性。BECCS技术发展包括生物质能利用和CCS两个部分：很多先进的生物质能利用技术，如纤维素乙醇、F-T合成生物燃料和生物质气化联合循环发电（biomass integrated gasification combined cycle，BIGCC）技术，目前尚处在研发示范阶段，未来的发展存在较大不确定性；CCS的很多技术也处于示范工程阶段，技术的大规模实施存在众多挑战。
三是，BECCS经济影响的不确定性。BECCS的成本不确定性体现在3个方面：第一，链条长，既要考虑生物质能成本，也要考虑CCS成本；第二，类型多，生物质能和CCS不同利用技术间成本差异较大；第三，可能的技术进步存在很多不确定性。此外，BECCS技术本身也有一定的经济性，因为它可以降低减排成本。
四是，BECCS社会和生态影响的不确定性。生物质能的发展本身就面临着对社会和生态影响的质疑。例如，生物质燃料的快速发展对2008年全球粮食危机的主要影响？巴西甘蔗乙醇生产对亚马逊流域的可能环境影响？全球生物燃料生产是否会诱发大规模天然林采伐，从而导致碳排放量增加？因此，BECCS对土地、水、粮食和基础设施等的影响仍然需要认真研究和讨论， BECCS对社会和生态影响存在不确定性。
（四）是否有必要发展BECCS技术？
相较于其他的负排放技术，目前看来，利用BECCS进行二氧化碳负排放的潜力更大。国外的一些科学家对使用不同的负排放技术从大气中去除二氧化碳进行了详细的文献综述，经过对七项技术——直接空气捕获和储存、海洋施肥、矿物质的增强风化、植树造林和重新造林、土壤碳的范围封存、生物碳固存以及生物质能-碳捕集与封存的系统分析与评价，他们认为从碳潜力和碳成本两方面折中来看，BECCS技术是未来有望将全球温室效应稳定在低水平的关键技术。通过前文国际机构对BECCS贡献的评估可见，BECCS在通过对CO2进行捕集来降低碳排放的过程中，将会展现出不俗的实力。
中国产业发展促进会生物质能产业分会等单位发布的《3060零碳生物质能潜力蓝皮书》提到，若结合碳捕集与封存技术，到2030年，我国利用生物质能将减碳超9亿吨，到2060年将减碳超20亿吨。
IPCC指出，历史上经济发展与能源利用、温室气体排放的增加密切相关。可再生能源有助于摆脱这种相关性，从而为可持续发展做出贡献。如果资源得到可持续开发，并采用高效率的技术，那么生物能源具有减少温室气体排放的显著潜力。
麻省理工学院能源倡议的研究科学家Jennifer Morris也表示：“我们的建模表明，BECCS的好处远远超过了成本。”“我们发现，BECCS去除二氧化碳的价值远远大于发电的价值。电能本质上是一种副产品”。
发展BECCS技术同时可以解决我国城乡各类有机弃物无害化、减量化处理问题，如果生物质废弃物没有得到有效利用，在自然分解的情况下，将释放出甲烷等温室效应更强的气体。在全面推进乡村振兴战略的大背景下，未来生物质能发展将需走一条“农业-环境-能源-农业”绿色低碳闭合循环发展之路，在发电利用和非电利用上，BECCS都扮演着重要角色，促进乡镇能源结构整体提升。
（五）BECCS技术离中国还有多远？
目前中国低碳工作的重点还在于碳减排，即从煤电、钢铁、水泥、油气等行业入手，提高能效、降低能耗。“从减碳的链条来说，首先应关注前端，我们一般说实在没招了才用CCS这类末端技术做扫尾工作。” 清华大学环境学院教授王灿预估，CCUS技术可能会在2030年、甚至2040年以后才有大爆发。
但上海交通大学中英国际低碳学院李佳副教授李佳提出的时间表要更早，她认为中国在“十四五”期间，会主要依靠发展风能、光伏等可再生能源来减少电力行业碳排放。如果要将CCUS技术作为煤电厂的标配，她估计大部分城市会在碳达峰之后再进行产业布局，“考虑到多数城市预计会提前实现碳达峰，2025到2028年可能会是一个部署高峰”。
专家们提供的时间表意味着BECCS大面积铺开尚需时日。
中国社会科学院生态文明研究所研究员陈迎曾在中外对话的访谈中指出，BECCS技术要在CCS技术发展成熟且经济可行的基础上，确保二氧化碳不泄漏，并减少对生态环境的影响，“难题和空白很多，是必须要早研究早部署的”。
