脱碳技术“DAC”的实用化动向
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摘 要：近年来，直接回收大气中二氧化碳的“DAC（Direct Air Capture）”技术备受关注。欧美的初创企业正在致力于DAC开发，日本为了实现“2050净零排放”目标，或将利用DAC技术作为温室气体减排的措施之一。本文将介绍DAC实用化的动向。
关键字：直接空气捕获（DAC）技术、负排放技术、DACCS、实用化、成本
∙DAC现在为何备受关注
∙率先挑战DAC的企业亲仁
∙DAC落后的日本现状
∙DAC的课题是降低成本
DAC现在为何备受关注
近年来，DAC作为实现温室气体净零排放（碳中和）的有力手段而备受关注，并且作为一种“负排放”技术被广泛研究，负排放指通过二氧化碳吸收量抵消排放量，从而回收之前排放到大气中的二氧化碳并将其储存在地下。DAC的优势在于可以利用有限的土地和水资源来回收空气中的二氧化碳。与植树造林等其他二氧化碳削减技术相比，DAC运行所需的场地面积非常小。因此，可以根据二氧化碳储存和利用等用途来选择回收场所，并且可以更高效地实现二氧化碳回收。
此外，在使用所回收的二氧化碳时，如果将工厂设置在合适的二氧化碳储存和使用地点附近，则无需长距离运输回收的二氧化碳。在碳抵消方面，一直以来使用吸收二氧化碳的植树造林等方法，但通过使用DAC，可以更高效地实现二氧化碳回收。
DAC技术使用固体或液体来回收二氧化碳。具有代表性的方法是“化学吸收·吸附法”，该方法将空气中的二氧化碳吸收·吸附到吸收液或吸附剂中，然后通过加热或减压等操作从吸收液或吸附剂中分离回收二氧化碳。此外，还有使用离子交换膜等从空气中分离二氧化碳的“膜分离”法，以及冷却含有二氧化碳的气体并回收制成干冰的“深冷法”等。
DAC通过与封存技术等相结合，可以去除大气中的二氧化碳，实现上述“负排放”。回收的
二氧化碳封存在地下，或用于生产化学品、燃料、水泥等。明天不上班当将二氧化碳封存在地下时，会与CCS（Carbon dioxide Capture and Storage：二氧化碳捕获与封存）相结合，因此被称为“DACCS”最小的浏览器（图1）。DAC不是从排放源排出的废气中回收和去除二氧化碳，而是直接从大气中回收和去除二氧化碳，因此DACCS与普通CCS不同。通过DAC回收的大气中的二氧化碳浓度为0.04%，仅为火力发电厂废气的1/100~1/300，因此与回收化石燃料燃烧时产生的废气相比，需要更多的能量。
DAC是一项刚刚开始运行的新技术，还存在很多未知的部分，但为了实现《巴黎协定》中将全球平均气温上升幅度控制在1.5℃以内的目标，不仅要减少温室气体排放，温室气体的回收也不可或缺。全球各公司都在关注DAC，并致力于将DAC投入实际使用。
率先挑战DAC的企业
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近几年，DAC进入实用化阶段，瑞士的初创企业Climeworks已成功实现DAC的商业化。2017年，Climeworks全球首次运行回收并储存二氧化碳的DACCS商业设备；2021年9月8日，启动了从大气中提取二氧化碳并将其永久封存在地下的设备“Orca”。该设备每年最多可提取4000吨二氧化碳，该回收量目前位于世界首位，所用电力均由邻近的地热发电厂提
供。提取的二氧化碳将通过冰岛合作企业开发的技术埋于地下。
加拿大的初创公司Carbon Engineering将在美国建造每年可回收100万吨二氧化碳的DAC设备。计划从今年开始建造，于2026年开始运行。
美国Global thermostat在加利福尼亚州和阿拉巴马州设有中试工厂，目前正在科罗拉多州建设新的实验工厂。
除DAC外，其他二氧化碳去除量高于排放量的减碳技术也得到了巨额投资。2020年1月，微软宣布将设立10亿美元（约63.6亿元）的气候创新基金，用于碳减排、回收和去除技术。微软还设定了在2050年之前“从环境中去除自1975年成立以来公司直接排放或通过电力消耗排放的所有碳”的目标。
2021年1月，特斯拉CEO埃隆·马斯克宣布，将向由美国X Prize基金会主办，以从大气和海洋中回收二氧化碳的技术为主题的竞赛“XPRIZE Carbon Removal”并出资1亿美元（约6.36亿元）作为奖金。在该竞赛中，参赛团体将从2021年开始为期4年，围绕从大气和海洋中回收二氧化碳的技术展开竞争。计划通过该竞赛提高DAC技术。
下文将介绍日本的DAC现状。
DAC落后的日本现状
与其他国家相比，日本在DAC实用化方面落后送祝福。在这样的情况下，鼓励鼓励川崎重工利用特殊的固体吸收材料，以节能的方式成功从此前难以有效利用的低二氧化碳浓度气体中回收二氧化碳。目前在可回收500g二氧化碳的小型设备上进行试验，计划于2025年实现DAC回收装置的实用化。
三菱重工将于2022年4～6月开始进行DAC的实证试验。将使用与其他公司正在合作开发的独特固体吸附剂，开始在实验室进行每天回收数十公斤二氧化碳的实证试验，计划于2025年建立日回收数吨二氧化碳的大规模实证设备。此外，预计需要对二氧化碳进行转化利用的设备，因此计划加速将燃料转化为有望成为新一代能源的氢和氨。
日本政府也支持相关技术的开发。2020年由日本政府主导的创新型研发支援计划——“登月型（Moonshot）研发制度”的目标之一是“到2050年实现面向全球环境再生的可持续资源循环”。作为主题之一，日本新能源产业技术综合开发机构（NEDO）将DAC纳入研究项
目。日本政府计划在2030年之前，即在实现温室气体排放量与2013年相比减少46%之前，将从二氧化碳浓度约为10～数％的大气中分离和回收CO2的技术投入实际使用。
尽管政府正在推动支援措施，但利用DAC回收扩散在大气中的低浓度二氧化碳仍具有很大的挑战性，并且存在许多课题。
DAC的课题是降低成本
根据国际能源机构（IEA）于2021年11月发表的报告，全球共有19座DAC设备正在运行，但目前DAC的回收和去除能力仅为每年1万吨左右。
此外，根据IEA的估算，今后由天然气和生物质回收的二氧化碳比例将增大，由DAC回收的二氧化碳比例将相对减小（图2）。
DAC面临的诸多重大课题中，第一个是回收需要大量的能量。根据地球环境产业技术研究机构（RITE）的估算，二氧化碳的解吸能量占回收能量的90%以上，与发电厂等CO2大规模制造源相比，DAC所需的能量高出一个数量级。因此，只有使用可再生能源，才能实现减碳。在此背景下，开发新型吸收技术（节能）对于DAC实用化来说必不可少。
第二个课题是经济合理性。已经有人批判DAC的成本太高。在使用DAC的情况下，大气中的二氧化碳浓度低至400ppm，与火力发电废气的5～12%相比，其回收成本至少高出3倍左右。目前，预计DAC回收1吨二氧化碳大约需要500～1000美元（约合3180～6361元），即使采用500美元的最小值，也需要57万亿日元（约31500亿元）才能回收日本每年10亿吨的二氧化碳排放量，相当于政府预算的一半以上。
此外，DAC的优点是对安装场所没有基本限制，无需预处理设备（脱硫等），但易受温度、湿度和气候影响。考虑到这些影响，需要开发可以低成本回收二氧化碳的工艺和装置技术，并进行实证运用。
第三个课题是所回收二氧化碳的封存场地。日本国土面积小，因此寻找不存在泄漏风险且可以长期稳定封存的地方是个问题。同时，必须将业务扩展到回收二氧化碳的利用和封存方面。
由此，在实际运行DAC时，虽然能够削减碳，但也存在许多课题。要实现减碳，必须大幅扩大可再生能源，同时还需要对蓄电池、氢气、合成燃料等进行技术创新以促进其使用范围的扩大。
受脱碳潮流的影响，今后脱碳业务将成为企业持续成长不可或缺的战略。推进今后的DAC技术开发也需要大量成本，因此政府补贴和税收抵免等政策支持也十分关键，需要政府和民间团结一致午后。
作为今后的研发方向，例如确立分离和回收浓度为10～数%左右的二氧化碳的技术等也值得关注。
翻译：李释云
审校：贾陆叶
李 涵
田间小路
统稿：李淑珊
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