《International Journal of Greenhouse Gas Control》：Global strategic deployment of Direct Air Capture technologies
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直接空气捕集（DAC）是一种前景广阔的负排放技术，具有从大气中去除过量CO2的潜力。固体吸附剂（S-DAC）和液体溶剂DAC（L-DAC）的平准化成本（levelized cost）具有高度的地域特异性，受天气条件和可再生能源潜力的差异性驱动。这需要对这两种技
直接空气捕集（DAC）是一种前景广阔的负排放技术，具有从大气中去除过量CO2的潜力。固体吸附剂（S-DAC）和液体溶剂DAC（L-DAC）的平准化成本（levelized cost）具有高度的地域特异性，受天气条件和可再生能源潜力的差异性驱动。这需要对这两种技术成熟度（Technology Readiness Level）最高的技术进行整体性的全球评估，以确定具有成本效益的DAC部署地点。研究人员利用小时级成本优化模型识别了S-DAC和L-DAC的最优选址，该模型在完全电气化（fully electric）和混合能源配置（hybrid systems，结合电力与直接可再生热能）下，纳入了天气驱动的性能以及区域特定的太阳能、风能和地热资源，其中混合系统结合了电力和直接可再生热。研究人员表明，DAC部署在兼具低可再生能源成本与有利天气条件的地区具有成本最优性，其中S-DAC在澳大利亚、冰岛、墨西哥和亚洲部分地区更具优势，L-DAC在南美洲大部分地区和撒哈拉以南非洲地区更具优势。能源配置对成本影响显著，混合系统在2050年的全球DAC平准化成本更低，范围为160至1720 �/tCO2，中位数为271 �/tCO2。研究进一步揭示，在成本最优地区，DAC可以以低于195 �/tCO2的成本实现2 GtCO2/a的部署水平。同时，未来成本估算仍存在实质性不确定性，全球中位数根据底层技术经济假设不同在144至392 �/tCO2之间波动。这些结果强调了整体、区域性评估对于指导符合《巴黎协定》第六条成本效率原则的战略性、成本效益全球DAC部署的重要性。
该研究发表于《International Journal of Greenhouse Gas Control》。研究背景方面，全球CO2年排放量约37 GtCO2，现有措施下2050年预计超50 GtCO2，难以实现1.5至2℃控温目标。除减排外需大规模部署二氧化碳去除（Carbon Dioxide Removal, CDR），直接空气捕集与封存（Direct Air Capture and Storage, DACS）因可扩展性、监测便利及长期储存耐久性被视为重要路径，其中DAC是核心且主要成本驱动。当前DAC年运行容量仅约40 ktCO2，距2050年预期0.5至5 GtCO2贡献差距巨大。高平准化成本源于高能耗、吸附剂成本及资本支出，且对当地天气（温湿度）、电价与热源成本高度敏感。现有研究时空覆盖有限，多聚焦单一技术或仅限单一国家，缺乏结合L-DAC与S-DAC的全球综合评估及气候—技术匹配分析。因此研究人员开展本研究以识别2050年兼顾天气与可再生能源潜力的最低成本DAC部署路径。
为开展研究，研究人员主要采用以下关键技术方法：使用ETHOS.FINE能源系统建模框架，整合能源与DAC模块；采用2018年ERA5再分析小时级气象数据计算相对湿度；基于文献构建L-DAC（电热煅烧钙化循环）与S-DAC（蒸汽辅助变温真空吸附）的天气依赖性能参数；纳入全球陆上风电、光伏（HSAT OFPV）、聚光太阳能（Concentrated Solar Power, CSP）、增强地热系统（Enhanced Geothermal Systems, EGS）潜力及聚类时序剖面；定义完全电气化与混合（集成CSP与地热）供能配置；采用文献综述的2050年技术经济参数（CAPEX、OPEX、WACC 10%、寿命25年）设乐观、基线、悲观三情景；在3827个次国家区域以1%最大技术潜力为需求进行成本优化，计算平准化DAC成本（Levelized Cost Of DAC, LCOD），并进行全球优劣序（merit order）分析。
研究结果部分，研究人员得出如下结论：
3.1. Global techno-economic potential of direct air capture technologies
通过全球成本图谱显示，热带地区L-DAC成本最优，温带、寒带及极地适宜S-DAC；干旱区L-DAC因蒸发致水耗高、水成本占LCOD达8至12%而偏向S-DAC；低温限制L-DAC运行推高成本。电气化配置下非洲与南美最低成本分别达173 �/tCO2（哥伦比亚L-DAC）与205 �/tCO2（西撒哈拉S-DAC），主因廉价风电。混合配置引入地热与CSP热供，全球LCOD中位数L-DAC从284降至271 �/tCO2，S-DAC从275降至254 �/tCO2，降幅5至8%；地热丰富区（冰岛、墨西哥、日本、中国、智利）S-DAC降13至32%，CSP强区L-DAC降≤12%，且印尼与澳东南因地热转优S-DAC。
3.2. Levelized costs and energy mix for representative regions
低成本区（如冰岛Vesturland、日本Kagoshima、墨西哥Sinaloa、中国上海）能源成本占比小，85至88%来自S-DAC资本与运营费，地热供热降低能耗费；高成本区（俄罗斯Sakha、加拿大Nunavut、不丹Trongsa等）缺直接热供依赖电热，能源成本≥43%，极寒限运行且热泵效低推高LCOD。L-DAC低成本区靠CSP与稳定风电，缺CSP区（越南Thái Nguyên、利比里亚Bomi、香港Sai Kung）全电煅烧成本高。DAC资本运营费占LCOD 45至90%，S-DAC因吸附剂贵占65至90%，L-DAC溶剂廉占45至65%，干旱区水耗缩窄二者差距。
3.3. Global merit order of direct air capture
基于混合配置的全球优劣序显示，1%最大潜力下累积潜力约33 GtCO2，2 GtCO2/a可在<195 �/tCO2实现。最低成本区为澳洲、冰岛、日本、智利、中国、墨西哥、南美部分、东南亚、中东北非；欧洲与美国195至400 �/tCO2；俄、加、格陵兰及南非小岛最高400至1720 �/tCO2，因可再生潜力受限与天气不佳。技术潜力超全球需求，LCOD是规模部署关键约束，区域异质强调国际贸易与基建重要性及《巴黎协定》第六条跨境合作。
3.4. Cost sensitivity under pessimistic and optimistic cases
悲观情景（参数上限）全球中位数S-DAC 390 �/tCO2、L-DAC约392 �/tCO2，高CAPEX与OPEX致大规模部署经济挑战；乐观情景（下限+S-DAC热需降45%）冰岛S-DAC低至100 �/tCO2，平均热需1.43 MWh/tCO2，S-DAC中位数显著低于L-DAC，L-DAC未设能耗减因热力学限。成本对文献参数范围高度敏感，WACC±50%致成本变16至20%，利用率从90%降至60%增23至31%，但文献成本假设仍是不确定主源。
讨论与结论部分总结：研究人员强调选址须兼顾区域可再生能源与天气，S-DAC宜温寒旱区，L-DAC宜热带或低水成本旱区；混合供热降全球中位数达8%、地热区达32%；优选区2 GtCO2/a可<195 �/tCO2。空间显式评估支撑《巴黎协定》第六条国际合作与碳信用整合，但2050年DACS达约100 �/tCO2极难，上限假设可>300 �/tCO2仍具经济挑战。研究提供全球一致技术经济评估链结天气、能源与水成本，大规模部署赖研发创新、快速放大与战略布局。局限含未纳劳工与融资差异（固定WACC 10%）、未显式考虑CO2地质封存与基建、CAPEX变异大主导不确定、亚零度吸附剂数据限冷区验证、空间平均化可能低估非线性响应、模型未纳DAC启停与变负荷动态及自适应控制、未计上游生命周期排放与社政因素。未来应纳入气候变化、改进动态过程模型、整合封存与政策框架以健全评估。
结论译为：研究结果证明了在选取DAC场址时考虑区域特定可再生能源潜力和天气条件的至关重要性。本研究通过整合技术经济分析与全球分辨率高、可再生能源可用性及天气依赖性能的评估，提供了一个评估规模化DAC成本空间变异性的综合框架。2050年全球DAC平准化成本范围为160 �/tCO2至1720 �/tCO2，其中S-DAC通常在温带、寒冷和干旱地区具有成本最优性，L-DAC则在热带地区或具有低平准化水成本的干旱地区具有成本最优性。两种DAC系统的能源供应配置有助于最小化LCOD，因为直接可再生热源比电力驱动加热技术成本更低。混合加热使全球DAC平准化成本中位数降低高达8%，在地热丰富地区降低高达32%。通过优先考虑成本最优位置，研究人员结果表明，在2050年实现年DAC潜力2 GtCO2且平准化成本低于195 �/tCO2是可行的，特别是在澳大利亚、智利、冰岛以及中国、墨西哥、东南亚、中东和北非的部分地区。这种空间显式视角突出了战略性选址对实现成本有效大规模部署的重要性，并可为《巴黎协定》第六条下的国际合作提供依据。识别低成本地区可促进跨境减缓，并支持将碳去除信用整合至诸如欧盟排放交易体系（EU ETS）等机制中。尽管存在这些机遇，但即使在乐观假设下，到2050年通过DACS实现约100 �/tCO2的成本门槛似乎极不可能，而在上限成本假设下，DAC成本可能仍高于300 �/tCO2，表明大规模部署在经济上仍具挑战。实现2050年气候目标需应对残余与难减排排放，CDR（含DAC）预期与常规减缓措施并肩发挥主导作用。本研究通过提供明确将捕集成本与天气条件空间变异、可再生能源可用性及水成本关联的全球一致DAC部署潜力技术经济评估，为此讨论做出贡献。尽管DAC是有前景的CDR选项，其大规模部署取决于持续研究与创新，以及快速放大与战略性全球部署，以最小化其成本与能源需求。L-DAC与S-DAC因空气与捕集材料相互作用及其各自再生温度与能源需求而呈现不同挑战与机遇。虽然DAC选址决策需评估相互关联的地理空间因素，研究人员提供了一个通过优先考虑有利天气与低成本能源区域来战略性部署DAC设施的框架。因此，结果为将DAC整合至更广泛的能源系统规划与政策设计中提供了基础，同时为地质储存、社会接受度、环境影响及法律层面等额外考量提供信息。
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