要实现《巴黎协定》的长期温度目标，除了快速减少温室气体排放外，二氧化碳去除（CDR）解决方案也将发挥重要作用。CDR是指人为活动从大气中捕集二氧化碳，并将其持久地储存在地质、陆地或海洋或产品中，其中包括人为增强生物或地球碳汇的行为，也包括直接空气捕集与封存[1]。2024年5月，由德国墨卡托全球公域和气候变化研究所、英国利兹大学、奥地利国际应用系统分析研究所等机构组成的国际研究团队指出，目前各国的CDR计划将无法实现《巴黎协定》的1.5 ℃温控目标[2]。6月，英国牛津大学牵头发布的《二氧化碳去除现状》报告指出，目前的CDR水平较低，需要增加CDR创新活动，并扩大其规模[3]。基于以上最新研究进展和报告，结合近期相关政策部署，本文梳理了全球CDR现状、主要国家和地区CDR行动举措、未来CDR差距及其发展建议。
一、全球CDR现状
《二氧化碳去除现状》报告从研发与示范（包括研究资助、科学论文、专利申请、示范项目）以及去除水平等方面，评估了全球CDR现状。
1、全球CDR研发与示范现状
（1）CDR研究资助快速增长，CDR方法呈多样化趋势。2000—2022年，CDR研究资助项目（主要来自研究委员会、基金会和部委等公共资助机构）从35项增加到1160项，研究经费从500万美元增加到1.9亿美元左右。其中，2013—2022年的研究经费占74%，每年增长14%。2000—2022年，几乎70%的CDR研究资助项目集中于土壤固碳（35%）和生物炭（33%）。随着时间的推移，研究资助呈现多样化趋势：活性生物炭和土壤固碳项目的占比在2022年分别下降到30%和22%，而直接空气捕集与封存（DACCS）、泥炭地恢复、沿海湿地恢复、增强岩石风化和结合碳捕集与封存的生物能源（BECCS）项目的占比分别增加11%、8%、7%、5%和5%。在研究经费方面，虽然土壤固碳（22%）和生物炭（17%）占比较大，但BECCS（18%）和DACCS（21%）等新型CDR方法的占比也较大。加拿大和美国对CDR的研究资助明显高于欧盟。2000—2022年，40%的CDR研究资助项目和59%的研究经费来自加拿大和美国。中国资助的CDR项目较多，但研究经费相对较少，平均每个项目为7.4万美元，而加拿大和美国平均为97.9万美元，欧盟平均为140.6万美元。
（2）生物炭和土壤固碳相关的科学出版物数量众多，但DACCS、沿海湿地恢复和增强岩石风化等新型CDR方法的出版物也在迅速增加。2000—2022年，CDR研究出版物（同行评议的文章、工作论文和书籍）快速增长。2022年的出版物是2020年的1.4倍，是2010年的8倍，是2000年的50多倍。2021—2022年，出版物总数从约3900篇增加到4700篇，增长了19%。生物炭、土壤固碳和造林/再造林在CDR科学文献中占据主导地位，合计占比从2000年代的约73%增加到2010年代的约83%。然而，近年来，关于生物炭、土壤固碳和造林/再造林的出版物占比开始下降，从2020年的83%降至2022年的81%。一些新型CDR方法的出版物增长更快，例如，2013—2022年，DACCS（每年26%）和沿海湿地恢复（每年25%）的年平均增长速度快于CDR领域的整体增长速度（每年18%）。2000—2020年，几乎50%的CDR出版物来自亚洲，中国占所有CDR出版物的30%。
（3）在经历一段时间的快速增长后，CDR的发明专利数量自2010年以来有所下降，但新型CDR在发明活动中发挥着日益重要的作用。2010年，CDR发明专利申请量是2000年的4倍多。自2011年以来，年平均专利数量略有下降，但2019年的专利申请量仍是2000年的2倍。2000—2010年，尽管CDR专利数量出现下降趋势，但几种新型CDR方法（除BECCS外）专利数量占专利总量的比例有所增加，尤其是生物炭从2010年的14%增长到2019年的24%，沿海湿地恢复从1%增长到11%。总体而言，CDR专利数量约占气候变化减缓技术所有专利的1%。加拿大、美国和欧洲的CDR专利数量最多，其中加拿大和美国占CDR专利总量的44%，欧洲占34%。亚洲（不包括中国）占CDR专利总量的12%，中国仅占CDR专利总量的5%。欧洲、加拿大和美国重点关注BECCS的发明，占这些地区CDR专利数量的41%~48%，而中国和亚洲其他地区则更重视传统的CDR，如造林/再造林和土壤固碳，合计占这些地区CDR专利数量的33%~39%。
（4）对示范项目和新企业的投资均在增加，这对降低CDR技术风险和扩大规模发挥着重要作用。欧盟和23个国家在COP26大会上发起的“创新使命”倡议包含了7大使命，CDR为其中之一。“CDR使命”侧重于DACCS、结合碳去除和封存的生物能源（包括BECCS、生物油储存、生物炭和其他耐用的生物质产品）、增强岩石风化3项技术。多个国家联盟启动了“CDR使命”的“CDR启动平台”，加入该平台的每个国家都承诺到2025年建立至少一个试点或示范规模的CDR项目，每年至少去除1000吨的二氧化碳。截至2024年2月，加拿大、冰岛、日本、英国、美国和欧盟在该平台分享了22个示范项目数据，重点是BECCS、直接空气捕集（DAC）和增强岩石风化[4]。在各国政府资助CDR示范方面，澳大利亚、加拿大、欧盟、德国、爱尔兰、日本、挪威、英国和美国已宣布为CDR研发与示范提供总计42亿美元的公共资金。其中，澳大利亚、加拿大、欧盟、日本、挪威、英国和美国已资助了39亿美元的示范项目。2013—2022年，CDR初创企业获得的投资大幅增长，但随着整体气候技术投资的下降，CDR初创企业获得的投资在2023年有所下降。
2、全球CDR水平现状
全球每年通过CDR减少的二氧化碳大约有22亿吨，几乎都来自传统CDR方法，仅有不到0.1%的去除量（135万吨）来自新型CDR方法。2013—2022年，通过造林/再造林的传统CDR方法，全球每年减少的二氧化碳为18.6亿吨。中国通过造林/再造林实现的二氧化碳减排量最大，其次分别为欧盟、美国、巴西和俄罗斯，其中中国、欧盟和美国占全球造林/再造林二氧化碳减排量的44%。与传统CDR方法相比，新型CDR方法处于早期发展阶段，每年可减少的二氧化碳从2021年的66万吨增加到2023年的135万吨。其中，生物炭和BECCS减少的二氧化碳最多，分别为79万吨和51万吨。对生物炭的去除量而言，北美生物炭贡献了48%，欧洲、亚洲和南美洲分别贡献了17%、16%和11%。根据国际生物炭倡议组织（International Biochar Initiative）和美国生物炭倡议组织（US Biochar Initiative）的预测，到2025年，生物炭的去除量将达到目前的7倍以上。
二、主要国家和地区CDR行动举措
美国非常重视CDR的研究和部署，是支持CDR政策的全球领导者。美国启动了“负碳攻关”计划，旨在刺激CDR技术的创新、研究、制造和部署，以实现到2032年将CDR的成本降至每吨二氧化碳100美元以下，并确保地质封存和十亿吨级去除规模的目标[5]。2022年5月，DOE启动超过23亿美元的碳捕集与封存（CCS）技术研发与示范计划，旨在解决CCS项目开发的可行性、场地特征、许可和建设问题，以扩大商业二氧化碳储存能力和相关产业[6]。12月，DOE宣布通过《两党基础设施法》提供37亿美元启动4项计划，旨在发展CDR行业，其中35亿美元用于“区域直接空气捕集中心”计划，以开发4个区域接空气捕集中心[7]。2023年6月，美国国家海洋和大气管理局（NOAA）发布《二氧化碳去除研究战略》，设计了从各类技术并行研究开始，到加速向示范项目发展，并最终扩展为成熟的技术研究和监测3阶段CDR研究战略[8]，同时宣布资助2400万美元用于海洋CDR研究[9]。10月，DOE宣布通过能源高级研究计划局（ARPA-E）为海洋CDR项目提供3600万美元的资金[10]。2024年1月，DOE发布《去除之路：美国二氧化碳去除的选择》报告，首次完成了对美国CDR潜力的高分辨率评估，指出要实现净零排放，到2050年每年需要至少减少10亿吨二氧化碳，以目前的CDR水平，到2050年去除10亿吨二氧化碳的成本约为1300亿美元[11]。2月，DOE宣布提供1亿美元用于先进CDR技术的中试规模测试，优先考虑小型生物质CDR和储存试点、小型矿化试点以及多途径CDR试验台设施3个关键领域[12]。5月，DOE宣布拨款120万美元用于加速碳去除行业发展，包括直接空气捕集和储存、生物质碳去除和储存、增加岩石风化和矿化、陆地和上层水圈环境中的自然和人工方法[13]。
欧盟已将CDR纳入净零排放政策，并通过法律建立其认证框架。欧盟“减排55%”（Fit for 55）一揽子计划设定了到2030年在土地利用、土地利用变化和林业部门实现3.1亿吨二氧化碳的净去除目标[14]。2023年4月，欧洲议会通过“可持续碳循环”计划，旨在开发可持续解决方案以增加碳去除量。该计划支持传统CDR方法和新型CDR方法，造林/再造林等土地管理方法将在2030年实现3.1亿吨二氧化碳的净去除目标，基于技术解决方案的新型CDR将在2030年实现每年500万吨二氧化碳去除量并永久储存[15]。2024年2月，欧盟就建立首个碳去除认证框架的法规达成了临时协议，旨在促进和加快在欧盟部署高质量的碳去除和土壤减排活动。碳去除项目将涵盖植树造林、恢复湿地等基于自然的方法，以及BECCS等基于技术的方法[16]。目前，欧盟通过“创新基金”资助了几个CCS和碳捕集与利用（CCU）项目，其中位于瑞典斯德哥尔摩的BECCS项目被称为欧洲第一个大型负排放工厂，获得了1.8亿欧元的资助，该示范工厂计划于2026年开始运营，预计在运营的前十年中将去除超700万吨二氧化碳[17]。
英国、加拿大、澳大利亚等国家都制定了CDR研发与示范资助计划。英国“净零创新投资组合计划”将DAC和温室气体去除作为优先资助领域之一，计划投资7000万英镑用于可行性研究和建立示范项目[18]。英国能源安全和净零排放部（DESNZ）以及商业、能源和产业战略部（BEIS）宣布了为BECCS创新计划资助2600万英镑[19]，并宣布了资助5440万英镑用于开发创新的CDR技术项目，主要涉及DAC、BECCS、生物炭和海洋碳汇4种主要的温室气体去除技术[20]。2023年12月，DESNZ发布《碳捕集、利用与封存：建立竞争市场的愿景》，计划通过市场创建、市场过渡和自给自足的碳捕集、利用与封存（CCUS）市场3个阶段实现英国CCUS行业愿景，目前英国正处于市场创建阶段[21]。加拿大计划在2021—2028年通过“能源创新计划”投资3.2亿加元用于CCUS的研发与示范[22]。除“能源创新计划”外，加拿大还资助了具体的CDR示范项目[23]。澳大利亚通过“CCUS发展基金”[24]和“碳捕集技术计划”[25]对CCUS研发进行资助，其中“碳捕集技术计划”将在2023—2031年资助6500万澳元，用于DAC、BECCS和二氧化碳利用等优先技术的研发，此外，还通过4000万澳元的“国家土壤碳创新挑战”重点资助土壤固碳的研究和示范[26]。
中国提出了传统CDR方法的行动举措，但对新型CDR方法的研发与示范仍处于起步阶段。中国在国家自主贡献中承诺，到2030年森林蓄积量比2005年增加60亿立方米，并将增强碳汇能力作为实现“碳达峰十大行动”之一。对于新型CDR方法，中国还没有系统的特定政策举措，BECCS和DACCS方法主要在专家群体中讨论，重点是在建模路径中纳入考虑。国家主要通过发展试点项目，正在逐步推动CCU和CCS的研发与应用。目前中国没有为BECCS或DACCS示范工厂确定具体的资金，但DACCS和BECCS的创新正逐渐引起关注。
三、未来CDR发展建议
1、未来CDR差距
传统的陆地CDR方法已被广泛采用并纳入国家气候承诺，而新型CDR方法仍处于政策整合的早期阶段。不同情景的CDR部署水平和类型差异很大，这取决于政策选择、技术可用性和社会经济发展如何影响减排的速度和深度。5月，来自德国墨卡托全球公域和气候变化研究所等机构组成的国际研究团队，评估了各国在国家自主贡献和长期低排放发展战略中提出的CDR水平与将全球升温限制在1.5 ℃所需的CDR水平之间的差距。研究人员分析了3种“重点情景”，以描述将升温控制在1.5 ℃内的不同减排和CDR途径：①以减少能源需求为重点的情景，该情景对CDR的长期依赖性较低，2050年的年去除量为48亿吨二氧化碳（比2020年增加23亿吨二氧化碳），完全来自传统的陆地CDR；②以可再生能源为重点的情景，该情景下2050年的年去除量为76亿吨二氧化碳（比2020年增加51亿吨二氧化碳），包括来自新型CDR的少量贡献（9.1亿吨二氧化碳）；③以CDR为重点的情景，该情景下2050年的年去除量为98亿吨二氧化碳（比2020年增加74亿吨二氧化碳），其中新型CDR的贡献很大（35亿吨二氧化碳）。
研究指出，如果各国国家自主贡献中的CDR计划得到全面实施，与2020年相比，到2030年每年去除量可能最多增加5亿吨二氧化碳。在以减少能源需求为重点的情景下（对CDR的要求最低），到2030年每年去除量需要增加10亿吨二氧化碳。如果各国长期低排放发展战略中的CDR计划得到全面实施，与2020年相比，到2050年每年去除量可能最多增加19亿吨二氧化碳。虽然这接近以减少能源需求为重点的情景所需的去除量，但比其他“重点情景”（以可再生能源为重点的情景和以CDR为重点的情景）所需的去除量少了数十亿吨。因此，各国提出的CDR水平与满足《巴黎协定》目标所需的CDR水平之间仍然存在差距，实际的差距可能会更大。
2、未来扩大CDR规模的建议
能源转型委员会（ETC）的《注意差距：二氧化碳去除如何作为深度脱碳的补充以保持1.5 ℃目标》报告指出，即使考虑到最快的可行减排路径，到2050年，全球至少需要累计去除700~2200亿吨二氧化碳[27]。同时，一些研究也强调了依赖CDR将带来重大的经济、技术和社会可行性挑战[28],[29]。因此，通过快速和深入的减排来限制社会对CDR的依赖，同时扩大CDR规模来支持深度减排是实现《巴黎协定》目标的必要途径。基于此，德国墨卡托全球公域和气候变化研究所等机构的研究人员提出如下扩大CDR规模的政策建议[30]：①优先考虑迅速减少所有部门（包括森林砍伐和土地退化）的排放，以尽量减少对CDR的依赖。②在国家自主贡献和长期低排放发展战略中分别报告计划的减排量和去除量，同时承认在国别报告中仅分离直接人为影响是有困难的。③在保护生态系统和生物多样性的同时，重点关注激励进一步陆地碳去除、支持植树造林、改善森林管理和土壤碳增加的政策。④制定计划以减轻未来陆地去除的风险，包括气候变化的影响（如野火）和间接人为影响（如二氧化碳施肥）的变化。⑤通过设计“技术推动”和“需求拉动”政策，促进节能、可扩展、具有成本效益的新型CDR技术的创新、开发和升级，缩小未来CDR差距。
参考文献：
[1] IPCC. Climate Change 2022: Mitigation of Climate Change. https://www.ipcc.ch/report/ar6/wg3/downloads/report/IPCC_AR6_WGIII_FullReport.pdf
[2] Nature Climate Change. The Carbon Dioxide Removal Gap. https://www.nature.com/articles/s41558-024-01984-6
[3] University of Oxford. The State of Carbon Dioxide Removal: A Global, Independent Scientific Assessment of Carbon Dioxide Removal (2nd Edition). https://static1.squarespace.com/static/633458017a1ae214f3772c76/t/665ed1e2b9d34b2bf8e17c63/1717490167773/The-State-of-Carbon-Dioxide-Removal-2Edition.pdf
[4] Mission Innovation. Carbon Dioxide Removal (CDR) Launchpad Projects. https://mission-innovation.net/wp-content/uploads/2024/01/CDR-Launchpad-Projects-Jan-2024-update.pdf
[5] Department for Energy. Secretary Granholm Launches Carbon Negative Earthshots to Remove Gigatons of Carbon Pollution from the Air by 2050. https://www.energy.gov/articles/secretary-granholm-launches-carbon-negative-earthshots-remove-gigatons-carbon-pollution
[6] Department for Energy. Biden-Harris Administration Announces Over $2.3 Billion Investment to Cut U.S. Carbon Pollution. https://www.energy.gov/articles/biden-harris-administration-announces-over-23-billion-investment-cut-us-carbon-pollution
[7] Department for Energy. Biden-Harris Administration Announces $3.7 Billion to Kick-Start America’s Carbon Dioxide Removal Industry. https://www.energy.gov/articles/biden-harris-administration-announces-37-billion-kick-start-americas-carbon-dioxide
[8] NOAA. Strategy for NOAA Carbon Dioxide Removal Research: A White Paper Documenting a Potential NOAA CDR Science Strategy as an Element of NOAA’s Climate Interventions Portfolio. https://sciencecouncil.noaa.gov/wp-content/uploads/2023/06/mCDR-glossy-final.pdf
[9] NOAA. Biden-Harris Administration Announces $14 Million as Part of Investing in America Agenda to Support Research for New Ocean-Based Climate Solutions. https://www.noaa.gov/news-release/biden-harris-administration-announces-14-million-tosupport-
research-for-new-ocean-based-climate-solutions.
[10] Department for Energy. DOE Announces $36 Million to Advance Marine Carbon Dioxide Removal Techniques and Slash Harmful Greenhouse Gas Pollution. https://www.energy.gov/articles/doe-announces-36-million-advance-marine-carbon-dioxide-removal-techniques-and-slash
[11] Department for Energy. Roads to Removal: Options for Carbon Dioxide Removal in the United States. https://roads2removal.org/resources/
[12] Department for Energy. DOE Announces Up to $100 Million for Pilot-Scale Testing of Advanced Carbon Dioxide Removal Technologies. https://www.energy.gov/fecm/articles/doe-announces-100-million-pilot-scale-testing-advanced-carbon-dioxide-removal
[13] Department for Energy. DOE Announces $1.2 Million To Accelerate America's Carbon Dioxide Removal Industry. https://www.energy.gov/articles/doe-announces-12-million-accelerate-americas-carbon-dioxide-removal-industry
[14] European Council. Fit for 55 Package: Council Adopts Regulations on Effort Sharing and Land Use and Forestry Sector. https://www.consilium.europa.eu/en/press/press-releases/2023/03/28/fit-for-55-package-council-adopts-regulations-on-effort-sharing-and-land-use-and-forestry-sector/
[15] Official Journal of the European Union. European Parliament Resolution of 18 April 2023 on Sustainable Carbon Cycles (2022/2053(INI)). https://eur-lex.europa.eu/legal-content/EN/TXT/PDF/?uri=OJ:C_202300443
[16] European Council. Climate action: Council and Parliament Agree to Establish an EU Carbon Removals Certification Framework. https://www.consilium.europa.eu/en/press/press-releases/2024/02/20/climate-action-council-and-parliament-agree-to-establish-an-eu-carbon-removals-certification-framework/
[17] European Commission. Beccs Stockholm: Bio Energy Carbon Capture and Storage by Stockholm Exergi. https://climate.ec.europa.eu/system/files/2022-07/if_pf_2022_beccs_en.pdf
[18] Department for Energy Security and Net Zero. Net Zero Innovation Portfolio. https://www.gov.uk/government/collections/net-zero-innovation-portfolio
[19] Department for Energy Security and Net Zero. Hydrogen BECCS Innovation Programme. https://www.gov.uk/government/publications/hydrogen-beccs-innovation-programme
[20] Department for Business, Energy & Industrial Strategy. Projects Developing Innovative Carbon Removal Tech Benefit from over £54 Million Government Funding. https://www.gov.uk/government/news/projects-developing-innovative-carbon-removal-tech-benefit-from-over-54-million-government-funding
[21] Department for Energy Security and Net Zero. Carbon Capture, Usage and Storage: A Vision to Establish a Competitive Market. https://www.gov.uk/government/publications/carbon-capture-usage-and-storage-a-vision-to-establish-a-competitive-market
[22] Government of Canada. Energy Innovation Program – Carbon Capture, Utilization and Storage RD&D Call. https://natural-resources.canada.ca/science-and-data/funding-partnerships/opportunities/grants-incentives/energy-innovation-program/ccus-rdd-call/23815
[23] Government of Canada. Largest Biochar Production Plant in North America Contributes to Canadian Net-Zero Goals. https://www.canada.ca/en/natural-resources-canada/news/2023/07/largest-biochar-production-plant-in-north-america-contributes-to-canadian-net-zero-goals.html
[24] Business, Australian Government. Carbon Capture Use and Storage Development Fund. https://business.gov.au/grants-and-programs/carbon-capture-use-and-storage-development-fund
[25] Department of Climate Change, Energy, the Environment and Water, Australian Government. Grants Open: Carbon Capture Technologies Program. https://www.dcceew.gov.au/about/news/grants-open-cctp
[26] Department of Climate Change, Energy, the Environment and Water, Australian Government. Improving Soil Carbon Storage and Measurement. https://www.dcceew.gov.au/climate-change/emissions-reduction/agricultural-land-sectors/soil-carbon-storage-measurement
[27] Energy Transitions Commission. Mind the Gap: How Carbon Dioxide Removals must Complement Deep Decarbonisation to Keep 1.5 ℃ Alive. https://www.energy-transitions.org/publications/mind-the-gap-cdr/#download-form
[28] Science. Sustainability Limits Needed for CO2 Removal. https://www.science.org/doi/10.1126/science.adj6171
[29] Nature Climate Change. Reducing Sectoral Hard-to-abate Emissions to Limit Reliance on Carbon Dioxide Removal. https://www.nature.com/articles/s41558-024-02025-y
[30] Nature Climate Change. Current National Proposals are Off Track to Meet Carbon Dioxide Removal Needs. https://www.nature.com/articles/s41558-024-01993-5
