碳捕集能否让垃圾焚烧厂实现净零排放？欧洲运营商正试图给出答案

随着气候变化减缓目标对垃圾处理行业提出更严苛的审视，欧洲的焚烧设施正在测试碳捕集项目能否缓解其运营压力。

将碳捕集、利用与封存系统（CCUS）加装到焚烧炉（通常被称为“垃圾发电设施”）上的选择，在美国尚未引起明显关注。但在欧洲——那里的焚烧炉平均每年使每个国家具备焚烧约17万公吨垃圾的能力——相关进展正在推进。

Covanta、Suez和Veolia等公司近期已在欧洲的焚烧设施上建成或宣布计划建设此类系统。由于可供参考的实际案例寥寥无几，关于项目财务细节以及该干预措施能多大程度减少温室气体排放等关键问题的估算，往往存在较大误差范围。

与此同时，其他能够减少垃圾处理相关排放的技术已经存在。回收和堆肥等工具同样能帮助客户实现零废弃目标，并在行业脱碳中发挥作用。

“我们认为（碳捕集）确实能发挥作用，”英国咨询公司Eunomia的首席顾问Ann Ballinger表示，“但我们也认为它不是唯一的解决方案。”

不断演变的行业格局

2020年，欧洲焚烧炉消耗了该地区约27%的垃圾。这些高温处理活动为多个国家提供了一小部分电力，部分设施还利用蒸汽为附近建筑供暖。在挪威，这类设施提供全国约3.5%的能源，同时产生该国电力部门约32%的碳排放。在意大利，能源贡献率约为1%，其二氧化碳排放量约占能源生产总排放的6%。

数十年来，欧洲的政策与气候目标一直推动焚烧炉取代垃圾填埋场——1999年的《垃圾填埋指令》明确主张从填埋转向焚烧。焚烧炉避免了甲烷的产生（甲烷是垃圾填埋场中有机物分解产生的强效温室气体），且与煤炭等其他选项相比，这些设施提供的电力被认为更为清洁。

但随着风能、太阳能等新兴能源格局的变化，欧洲对焚烧的态度也在转变。

2019年，欧盟启动了《欧洲绿色协议》，承诺到2030年减排55%。该目标及后续立法，被欧洲垃圾发电技术供应商协会（ESWET）循环经济政策官员Manon Roussel视为推动CCUS投资的重要动力。

为遏制全球变暖并减少工业向大气净排放的碳量，世界各国正推进排放捕集项目。加装到设施上的技术（可定制或直接采购）能够收集工业场地排放的二氧化碳和甲烷。“政策上仍存在一些空白，但如今投资的可见度更高了，”她说。

2020年7月，修订后的《欧盟分类法》为“环境可持续”经济活动设定了定义，将焚烧炉排除在外。这些标准决定了哪些项目有资格获得部分欧盟资金，并旨在引导私人金融机构做出有利于气候的投资选择。

然而，如果焚烧运营商希望在其设施上加装CCUS，欧盟近期为项目建设开辟了新的资助渠道。《创新基金》旨在帮助欧盟工业脱碳，将为减少或缓解排放的系统（包括焚烧炉上的CCUS系统）提案提供资助。申请者分为两类——项目成本高于或低于940万美元——基金将支付拟建安装费用的至多60%。

与此同时，欧盟希望启动碳移除系统的认证工作。该机构已就监测和证明功能性碳捕集系统的可能方式公开征求意见。Roussel表示，ESWET选择代表希望安装这些系统的焚烧运营商发表意见。

CCUS项目由两部分组成：捕集，然后是利用或封存。大多数设施运营商可能会选择所谓的燃烧后捕集。离开焚烧炉的处理后烟气不会直接排入空气，而是进入一个封闭的溶剂中，该溶剂能结合并去除约90%的二氧化碳。高温将两者重新分离，留下纯净的CO₂气体。通过加压或低温将CO₂转化为液态，再通过管道或卡车运往枯竭油田或气田等封存地点。

CCUS中的“U”代表“利用”，意味着部分运营商选择出售捕集的碳而非封存。一种常见应用是将CO₂注入油气藏以推动更多化石燃料产出。Roussel表示，如果设施距离封存地点过远，导致管道输送成本过高，其他利用方式可能对运营商更具吸引力，但现在评估整体趋势还为时过早。

捕集的碳还可用于建筑材料——Covanta为其两座在建英国焚烧炉选择了这一去向。这些设施将残渣与二氧化碳混合，制成人工石灰石。

批评者指出，用焚烧残渣制成的建材存在向周围环境浸出污染物的风险。当被问及立场时，ESWET转达了一位未具名成员的意见，称将100%焚烧残渣转化为人工石灰石“不符合我们的愿景”，且只有“在我们能够证明对最有害污染物具有汇原则的情况下”才可接受。

“我们的立场是，只要合成石灰石的成分与天然石灰石相似，我们就可以接受这些材料，”该成员表示。

应用案例

欧洲已知唯一在运的焚烧炉CCUS系统将其碳送往另一个可能的目的地——温室，以促进植物生长。由垃圾公司AVR运营的荷兰Duiven设施于2019年10月开始运行。2023年，荷兰另一家焚烧运营商计划在耗资1530万美元的建设完成后采取类似做法。

正如荷兰项目的造价所示，碳捕集系统的安装成本高昂。Eunomia的Ballinger表示，如果焚烧炉较旧且需要改造以适应设备，成本会更高。收集和输送碳所需的电力也会削弱设施的电力输出。国际能源署的一份案例研究发现，假设在一座焚烧炉上安装CCUS系统及后续处理步骤，将消耗其产生能量的一半。

即便存在这些成本和损耗，焚烧炉的应用案例可能比其他工业场地加装类似技术更便宜。“但它们捕集的（碳）量也不大，”Ballinger说，因为其排放总量低于其他设施的排放量。在2020年11月的一份报告中，Eunomia估计在焚烧炉上安装CCUS的成本为每公吨避免的CO₂约83至138美元，尽管其他估算将其定价在200美元左右。相比之下，玻璃生产行业的成本约为每吨碳139至189美元，水泥制造则在100至176美元之间。

最具成本效益的焚烧炉安装项目，可能是那些接入碳封存集群（即共享设备的工业设施群）的项目。“成本可能仍然相当高，但由于管道反正都要建设，它们更有可能启动，”Ballinger表示。

一些垃圾公司已开始探索这类集群合作的形式，目前仅有少数现有设施加入枢纽。Suez于2020年宣布将与BP合作，测试将焚烧炉捕集的碳送往北海海底封存地点的可行性，作为净零蒂赛德CCUS集群的一部分。挪威的一座焚烧炉将参与另一个名为Borg CO₂项目的工业场地集群，该项目也计划在同一水域下封存液化碳。

根据ESWET和行业顾问的说法，焚烧与CCUS相结合，根据焚烧物料的不同，可产生净零或净负的碳贡献。这种净影响的定义方法源自联合国政府间气候变化专门委员会关于焚烧的标准。这些标准讨论的主要是二氧化碳排放，因为焚烧后的物料不会像垃圾填埋场中的废物那样分解并释放甲烷。指南认为，焚烧纸张、食物和木材废料产生的碳排放是净中性的；而化石燃料基产品产生的排放则会向大气增加碳。

CCUS如何改变这些计算是微妙且存在解释空间的，因为结果尚未被政府机构或其他第三方编纂成文。“我不知道有任何以透明方式阐明这一点的文件，”Ballinger说。

塑料由开采的石油和天然气组成，其碳在焚烧并作为CCUS系统一部分被封存后回归大地，这种转变通常被视为净中性碳结果。纸张产品则更为复杂。如果纸张来自近期采伐的树木，核算系统可能将焚烧并封存的纸张碳标记为净负值，因为这些植物近期生长并储存了大气碳，而现在这些碳被阻止重新进入大气。然而，如果焚烧的材料来自更古老的林木，可能代表着封存在木材中数十年的碳，则焚烧和封存将带来净中性情景，Ballinger说。

在某些情况下，计算还可能假设树木被重新种植以替代用于纸张产品而砍伐的树木。这种核算选择表明碳追踪如何迅速演变为跨行业问题，且目前尚缺乏健全的第三方标准。例如，一个从纸张排放中捕集碳的系统可能被垃圾公司申报为净负排放结果。

但如果森林未被重新种植，“你最终将无法真正实现那种真正的净负结果，”美国独立脱碳战略师Michael Walsh表示。

未来展望

2021年6月，英国垃圾行业贸易协会——环境服务协会（ESA）发布了一项实现净零排放的计划，其中除将塑料从焚烧原料中移除外，还包括“到2040年在可行的条件下，在我们的垃圾发电设施中推广碳捕集技术”。

ESA新闻代表Ben Johnson表示，一些场地可能过于老旧或改造成本过高，或距离海上碳封存选项过远。“对于远离集群的内陆项目，在更多碳利用市场出现之前，部署CCUS更为复杂，”他通过电子邮件写道。不过该协会认为，个别设施可能实现净负碳结果，具体取决于其焚烧的物料。

这一计算假设每座焚烧炉都接收到正确比例的材料以使平衡成立。Johnson表示，如果英国实现回收目标，且进入焚烧炉的材料中塑料占比降低，ESA预计这一平衡将偏向净中性。

零废弃倡导者对CCUS在焚烧炉上的扩张及其潜在的“锁定效应”也有自己的担忧。即使CCUS增建项目获得欧盟或其他来源的资助，社区或公司仍需通过贷款等方式支付设施其余部分的费用。

收回投资或将其转化为利润意味着设施需要持续运转——这可能在政府同时努力减少整体垃圾产生量的时候，维持对可焚烧物料的需求。面对旨在缓解垃圾排放的高昂投资，“你很难再主张首先尽量减少垃圾，”零废弃欧洲组织的气候、能源与空气污染项目协调员Janek Vahk表示。

Vahk尤其担心一种可能性：一些为满足合同需求而进口垃圾的焚烧炉可能获得欧盟CCUS资助。欧洲部分地区的焚烧炉已经需要进口垃圾以满足产能需求，反焚烧组织认为这支持了他们关于该地区焚烧产能过剩的论点。一些不得不进口垃圾焚烧的国家的政府官员已公开表示，这种做法违背气候变化目标，排放的健康影响有时也被提出作为关切。

反对者认为，如果运营商将这些“饥饿”的焚烧炉加装CCUS，该技术将进一步巩固其角色。“（如果建成了）你就不得不带来更多垃圾焚烧，而不是试图减少垃圾焚烧，”Vahk说，“这正是我们希望避免的情况。”

最终，Ballinger表示，在焚烧炉上广泛部署CCUS可能会削弱向更循环经济转型的动力。本可回收或再利用的产品，其碳可能被封存，但物品最终仍被焚烧，并在供应链中留下空白，使产品制造商不得不以原始材料填补。

封存排放减轻了上游减少生产的压力，Walsh补充道。“这些塑料排放被捕获了，是的，你不希望它们回到大气中。理想情况下，你本应回收其中一些塑料，甚至从一开始就不生产它。”

Ballinger表示，权衡每磅避免碳排放的成本也会显示，在绝大多数应用中，回收是比CCUS更便宜的选择，尽管CCUS的潜在成本仍在变化中。从路边收集点提取材料的技术已存在并在高效分拣厂运行，而许多CCUS设备仍处于试验阶段。与此同时，最盈利和最具可持续性的结果可能并不总是一致的。

“如果你是焚烧运营商，你未必希望太多物料流向别处并在你控制之外被处理，”Ballinger说。但她补充道，也有可与焚烧炉本身配套的可回收物提取系统。

围绕替代能源和脱碳目标的日益增长的压力，引发了焚烧行业内部关于欧洲未来是否仍能保持当前产能规模的辩论，Roussel说。不过，在一个最大化再利用的未来中，最终需要处置的残余物可能仍足以供行业运作。

ESWET秘书长Patrick Clerens表示，即使材料按照设计被尽可能多次回收，塑料和纸张等部分产品最终仍需要最终的处置选项。当那一刻到来时，焚烧炉将能够介入，且它们仍会产生排放。

“我们真的推动回收、回收、再回收，尽你所能地再利用和回收，”他说，“我们会接手残余物，这没问题。残余垃圾绰绰有余。”