生物燃料和生物质原料在2050年美国经济脱碳中的作用报告（英文版）-NREL

  生物量是一种用途广泛、能源丰富的原料，我们得知它能成为美国脱碳战略的一个具有成本效益的支柱。本报告旨在确定与长期脱碳轨迹相一致的生物能源部署的潜在规模。

  生物质资源，特别是纤维素生物质和废物资源在帮助美国经济脱碳方面有着非常大的潜力。在2021年，美国生物能源部门消耗了2.6亿公吨干植物原料，主要是用于乙醇生产的玉米和用于发电的工厂废物。这相当于美国能源消耗的5%，避免了7300万吨二氧化碳当量(C02e)温室气体(GHG)的排放(EIA，2021年)。除了各种能源产品，如电力，液体燃料和气，生物能源与二氧化碳(CO2)捕获和封存(CCS)能够给大家提供二氧化碳从大气中去除。生物能源的部署对于在可预见的未来可能没办法提供其他选择的部门(例如为航空部门提供可持续航空燃料)实现脱碳尤其重要。

  随着美国开发和实施解决方案以实现其脱碳目标，了解使用现有生物质资源的选择的影响很重要。为此，本研究分析了各种技术，以确定可能实现大量温室气体减排或温室气体净负排放的低成本途径。要做到这一点，有必要了解深度脱碳途径所需的整个经济的变化。本研究探讨了与整个经济脱碳相一致的各种生物经济规模扩大预测。 本研究的关键贡献是将基于过程的生物量资源和使用途径的详细分析与使用全球变化分析模型(GCAM)的经济综合评估模型相结合，以提高这些建模方法的一致性，并确定进一步改善的机会。

  生物质是一种用途广泛、能源丰富的原料，我们已证明它能成为美国脱碳战略中经济有效的支柱。为了探索生物能源在美国深度脱碳路径中可能发挥的作用，我们开发了一个参考情景和六个脱碳情景，这些情景在2050年实现净零温室气体排放。这些情景跨越了三种规模的SAF生产量和两种规模的直接空气捕获(DAC)技术成本。为了在这些情景中实现净零排放目标，GCAM采用了一种统一的、涵盖整个经济体的碳价格，这种碳价格增加了排放技术的成本，并激励二氧化碳的去除。这种碳价格代表了一种简单、风格化的政策，以具有成本效益的方式实现长期排放目标。在现实世界中，脱碳能够最终靠各种政策来实现，包括一系列部门政策。在不同的政策制度下，生物质的分配可能会有所不同。

  在本文分析中采用了统一的碳价格简化方法。最近通过的《通货膨胀减少法案》也没有反映在本报告的假设情景中。

  我们对现有的自下而上的评估数据集(2016年十亿吨报告，或BT163)的审查表明，在美国的不同脱碳情景下，每年可以可持续生产超过16EJ(10亿短吨)的原始生物质原料3从成熟的生物质部门(在高生物质价格但保守的基线未来能源作物产量假设下)。使用GCAM对生物量需求来做自上而下的分析，预计生物能源供应将飞速增加，从2020年的3 EJ增加到14 EJ和22 EJ之间的六种情景，这些情景在2050年达到净零温室气体排放(不包括用于乙醇或生物柴油生产的粮食作物)。净零GCAM 情景中的两个生物能源供应与我们的基础案例自下而上评估一致，而另外两个略微超过了基础案例自下而上的供应(分别高出 3%和 14%)。最后，满足 SAF 大挑战体积目标的两个情景超过了这一供应只有在 BT16 对未来能源作物产量的最乐观假设下才能实现。这些情景达到了 SAF 大挑战的目标，即 350亿加仑的 SAF，同时产生了额外的生物燃料副产品。

  分析的生物燃料途径的生产所带来的成本(不包括分销、营销和税收)从每加仑汽油当量(GGE)2.4美元到5.0美元不等，具体取决于途径技术。对于大多数途径，捕集和封存将额外增加少量成本(10%)。这些成本是依据工程成本表中的资本、运营和维护成本评估的。从生物炼制中捕获高纯度C02的乙醇途径(表ES.1)的增量成本较低。与GCAM计算的全球碳价格相比，如果制定了这样的碳价格，到2030年，大多数生物能源途径在财务上将是具有竞争力的，所有途径将在2040年后不久变得具有竞争力。不过，这些碳价格没有考虑到个别部门可能提供的特定激励措施。

  就短期动员而言，农业和林业残留物是一个具有成本效益的机会。模型之间就近期使用残留物的可能性达成了一致，例如玉米带中的玉米秸秆，这些残留物可以共同占~3亿公吨，采用可持续的收获做法。在预测专用能源作物的未来价格和供应方面，模型之间有更大的分歧。

  更新 GCAM 以使用 BT16 生物能源作物产量导致生物能源作物供应增加。这是由于产量增加导致生物能源价格下降，特别是在生物能源需求较高的情景下。基于过程的模型预测的前处理损失增加和满足转换过程质量规格所需的前处理原料成本增加，缓和了能源供应的影响。