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在欧盟致力于 2050 年实现温室气体净零排放的大背景下，化学浆厂面临新挑战与机遇。研究人员构建浆厂优化模型，探究不同市场情景下，浆厂在冷凝式汽轮机、木质素提取、碳捕获等技术的投资决策。结果表明不同情景下投资策略各异，该研究为浆厂未来发展提供决策依据。
随着全球对气候变化问题的关注度不断攀升，欧盟立下了 2050 年实现温室气体净零排放的宏伟目标。在这一目标的推动下，各个行业都面临着深刻变革，化学浆厂也不例外。传统的化学浆厂在生产过程中，会将大量的生物质转化为热能和电能，同时产生二氧化碳排放。然而，随着生物碳价值的日益凸显，如何更高效地利用这些生物碳资源，成为了浆厂亟待解决的问题。与此同时，未来能源市场中，电价的波动性也在不断增加，这进一步加剧了浆厂运营的复杂性。为了应对这些挑战，探寻浆厂在未来能源市场中的最优发展路径，来自国外的研究人员展开了深入研究。相关研究成果发表在《Biomass and Bioenergy》上。
研究人员构建了一个代表化学浆厂的技术经济优化模型，该模型涵盖了浆厂的多个生产环节和投资选项。研究的主要目的是比较在不同的市场情景下，浆厂在以下几个方面的投资决策：一是安装冷凝式汽轮机以增加发电量；二是进行木质素提取用于生物燃料生产；三是实施碳捕获，包括存储或利用（分别对应生物能源碳捕获与存储 BECCS 和生物能源碳捕获与利用 BECCU）。
在研究方法上，研究人员设定了一系列不同的情景，从当前市场状况到 2040 年的多种可能情景，每个情景都基于对木质素、二氧化碳市场价格以及电价的不同假设。通过优化模型，最小化投资和运营成本，来确定浆厂在不同情景下的最佳投资组合。同时，研究人员还进行了敏感性分析，探究关键价格因素对投资决策的影响。
研究结果如下：
- 投资决策和调度：在参考情景（代表当前市场条件）下，由于木质素和二氧化碳的价格相对较低，浆厂仅投资冷凝式汽轮机以最大化发电收益。在 2030 年情景中，随着生物燃料市场发展，木质素价格上升，浆厂同时投资冷凝式汽轮机和木质素提取厂。到 2040 年，不同情景下投资决策有所不同。2040a 情景中，可持续燃料需求增加，木质素和二氧化碳价格上涨，浆厂优先投资木质素提取直至技术上限，再进行碳捕获；2040b 情景中，若二氧化碳基于负排放需求定价（如欧盟 ETS 中的排放配额价格），其价格足以使碳捕获优于木质素提取，浆厂会最大化碳捕获。
- 碳分配和电力贸易：木质素提取能增加产品中碳的占比，但对碳效率提升有限；碳捕获则可大幅提高碳效率，如 2040b 情景中，90% 用于能源生产的碳被捕获，碳效率达到 94%。不过，这两种技术都会影响浆厂的电力输出，减少剩余电力的供应。
- 系统影响和减排潜力：从系统层面看，碳捕获与利用（CCU）在替代燃料和减少排放方面的潜力大于木质素基生物燃料。例如 2040c 情景中，无木质素提取且 90% 的二氧化碳用于合成电子燃料（e - fuel），可生产大量 e - fuel，但该过程需要大量电力。
- 价格临界点和对投资成本的敏感性：通过敏感性分析确定了不同技术竞争的产品价格临界点。如当二氧化碳价格高于一定水平（与电价相关）时，碳捕获投资更具优势；木质素价格需达到一定倍数于电价，并覆盖相关成本，木质素提取才比发电更有价值。投资成本的变化会显著影响这些临界点。
- 灵活运营的价值：考虑到电价的实时变化，研究发现对于 2040 年更具波动性的电价，在特定的木质素和二氧化碳价格范围内，投资多种技术进行部分时间利用是可行的，可从电价波动中获益。
在研究结论与讨论部分，研究表明未来市场和政策的发展将深刻影响制浆行业的技术选择。随着时间推移，浆厂的角色从主要的电力生产者逐渐转变为绿色碳提供者。在不同的发展阶段，浆厂需要做出不同的投资决策，这对决策者来说，不仅要考虑特定目标年份的最优选择，还要规划好过渡路径。
从可再生运输燃料的供需角度来看，木质素衍生的生物燃料在 2030 年理论上可满足瑞典部分可持续海运燃料需求，但 2050 年则远远不足；而浆厂二氧化碳捕获后生产 e - fuel 的潜力巨大，远超瑞典海运部门需求。不过，CCU 的发展可能受限于低价电力获取，以用于氢气生产。在欧洲范围内，生物燃料和 e - fuel 的市场竞争时间线与相关政策（如 FuelEU Maritime regulation 和 EU ETS）的发展密切相关。
对于旨在实现负排放的政策而言，虽然碳捕获与存储（如 2040b 情景）能使浆厂为实现二氧化碳减排目标做出较大贡献，但生物能源碳捕获与存储（BECCS）的潜力有限。若过度依赖 BECCS 补偿排放，可能导致生物质资源价格上涨，甚至引发 “碳固存泄漏” 等问题。
总的来说，该研究通过多情景分析和模型优化，为化学浆厂在未来能源市场中的投资决策提供了全面且有价值的参考，有助于浆厂更好地适应市场变化，在实现自身经济利益的同时，为全球减排目标做出贡献。同时，研究也为相关政策制定者提供了数据支持，以制定更合理的政策，推动能源转型和可持续发展。
