基于PEST模型CCS技术环境研究论文

1、概述

全球的温室气体排放量正以惊人的速度增长，减缓碳排放量已经成为当前国际最重要的热门话题之一。开发和运用低碳技术是降低温室气体排放量的重要途径。众所周知，中、美两国是世界上最大的温室气体排放国，两国都严重依赖煤炭提供能源，中国煤炭供电占总发电量的80%，美国也占有50%。国际EIA(InternationalEnergyAgency)预测，从现有的能源资源来看，预计近50年继续依赖煤炭提供能源的现状将不会改变。美国能源部部长朱棣文2009年曾说:“我们最好先找到有关碳捕获和封存的技术，否则我们丢掉的是在我们境内占全世界25%的煤炭储量”［1］。为增强美国能源的独立性，提高美国国民经济的安全性，美国表现出对碳减排技术的强烈需求。CCS技术是指通过碳捕捉技术，将工业和有关能源产业所生产的二氧化碳分离出来，再将其压缩后输送并封存到海底或地下等与大气隔绝的地方。CCS技术主要有三种技术路径:燃烧后捕获(post－combustion)、燃烧前捕获(pre－combustion)、富氧燃烧捕获(oxyfuel－com-bustion)。化石燃料、钢铁、水泥、炼油、合成氨等CO2集中排放源有关产业是目前CCS技术应用的主要领域。CCS技术被认为是缓解气候变化的重要潜在措施，据联合国政府间气候变化委员会(Intergovernmen-talPanelonClimateChange，简称IPCC)统计，CCS技术的应用将能够使发电行业二氧化碳的排放量减少20%到40%。1999年美国学者Johnson．G与Scholesk提出了PEST模型，常用于战略咨询顾问帮助企业或组织检阅其外部宏观环境，从政治(政策)环境、经济环境、社会文化环境和技术环境等因素对企业或组织进行分析，是一种有效的环境分析法。当然，不同企业或行业根据自身特点和需要，分析的具体内容会有所差异。本文试图通过PEST分析模型从政策、经济、社会和技术四个方面对美国CCS技术环境进行研究，为我国CCS技术发展提供借鉴。

2、CCS技术国内外研究综述

2．1国内CCS技术相关研究

综述近几年来我国对CCS技术理论研究逐渐增多，相关研究主要集中在以下两个方面:

2．1．1CCS技术本身的研究。如韩东升等人详细介绍了碳捕获的三种技术路径和碳封存的三种封存方式，指出CCS技术在技术、成本、环境、安全和风险等方面存在的问题［2］;李桂菊等人阐述了美国、加拿大、澳大利亚和中国等国家碳捕获与地质封存发展现状，着重指出我国CCS技术发展存在的问题［3］;甘志霞等人指出了我国CCS技术发展所处的阶段及以后发展的对策［4］。

2．1．2对CCS技术发展环境的研究相对较少，尽管有学者涉及相关内容的研究，但是缺乏整体、宏观的分析，如杜浩渺分析了我国CCS立法现状，结合其他国家的法律制度，对我国CCS技术制度提出构想［5］。王亮方等人通过问卷调查了解我国公众对CCS技术的态度，认为主要影响因素有CCS技术的风险、公众对气候问题的认识、CCS技术的效果［6］。殷砚等人通过研发存量研究了CCS在中国2000～2008年的扩散情况，指出国外FDI的促进作用和国内研发创新的作用使我国CCS技术取得了巨大的进步［7］。王雪梅等人利用DerwentInnovationsIndex(DII)检索有关CCS技术全球专利，从专利趋势、IPC分布、主要国家等多角度进行分析，得出随着温室效应增加，CCS技术专利数量迅速增长的结论［8］。

2．2国外CCS技术

相关研究综述国外理论界对CCS技术关注相比我国理论界要早，主要体现在欧盟国家和日本、美国等发达国家。尤其是美国理论界对CCS技术研究关注度很高，JennieC．Stephens，ScottJiusto在其文章调查显示，美国谷歌CCS点击率有44.7万次，谷歌学术上的点击率有4230次。国外学者在CCS技术环境方面的研究主要集中在以下几个方面:

a．CCS政策/制度方面，如MelisaPollak等人指出在美国现有对CO2注入的监管政策主要为提高石油采收率，而以减少大气中CO2排放量的CO2注入涉及到存储风险问题，因此需对现有政策做调整［9］。Wen-dyB．Jacobs主要对联邦和各州所制订的与CCS技术有关的法律法规进行分析，指出现有美国法律制度框架下有待完善之处［10］。

b．CCS技术发展的技术、社会因素方面，如KlaasvanAlphena指出美国CCS技术发展要有突破性的进展，需从激励技术学习、促进CCS社会网络的合作、加强金融和市场领域的刺激、有效的监管政策等方面予以加强［11］;JennieC．Stephens等从技术、环境、成本与投资风险、为竞争公共资源所使用的游说和社会网络工作等方面探究CCS技术的创新发展［12］;

c．CCS经济的可行性方面，如GeoffreyP．Hammond通过对比英国使用与没有使用CCS技术的发电厂经济效益(使用该技术的发电厂成本高昂且效益低)及现有CCS技术价值评估，以帮助评估CCS技术在国家能源战略中的作用［13］;

d．社会公众对CCS技术的认识方面，KatarinaBuhra探究了CCS技术与社会公众的信息平台的构建，指出信息传输和公众参与有助于CCS技术应用中公众利益的维护［14］。Ru-mikaChaudhry等人以马萨诸塞州、明尼苏达州、蒙大拿州和得克萨斯州为对象，采用实地调查的方式，分别选取来自政府、产业、学术界、非政府组织能源利益相关者进行访问，以期比较CCS技术的优劣及在四个州的认可度［15］。

2．3研究评述

自京都议定书的签订，尤其是对传统的工业部门，通过突破性技术的应用来减少CO2排放成为刚性要求。减少CO2排放得到人们的广泛认同，CCS技术便逐渐被人们所关注。由此也带动了学术界对CCS技术的理论研究。CCS技术作为一项新兴技术，当前还处于技术尚未成熟、未能实现大规模商业化、风险有待评估、制度不够完善的起步发展阶段，因此无论是对技术自身的研究还是相应制度的构建、发展前景的预测等方面仍需要进行较多的理论探索。尽管国内现有的CCS理论研究不断走向丰富和全面，但相比之下，国外在CCS技术相关研究更为细致和深入。我国的CCS技术发展不仅需要自身的实践总结，也应积极借鉴国外的有益经验，以此完善我国CCS技术的发展路径。

3、美国CCS技术环境的PEST分析

3．1美国CCS技术发展应用的政策环境

一个良好的CCS技术政策环境是决定其能否顺利发展的关键，不仅有利于从制度支持、资金保障等方面促进CCS技术的发展，而且可以利用政治效应赢得公众的关注和增强公众对技术的信任度。美国CCS技术的政策环境主要反映在有关碳减排的美国国会立法、奥巴马总统的态度及美国国家环境保护局(Environmen-talProtectionAgency简称EPA)有关CCS技术政策的出台。

3．1．1国会有关“碳减排”立法法案。美国目前还没有综合的联邦气候立法。在缺乏综合的联邦立法的情况下，温室气体减排(GHG)主要通过现有的《清洁空气法案》下的联邦监管与州自行制定的规章进行控制。近年来几乎每届国会议员都会提出许多有关温室气体减排的气候立法法案，CCS技术则是温室气体减排议案中重要的内容，拟议的法案主要在于激励CCS创新与开发。可惜相关立法议案均被流产，尽管未获得通过，但在第111届国会中部分有关温室气体减排的气候立法法案具有重大的意义。2009年众议院提出《美国清洁能源及安全法案》，该法案提出后倍受社会关注，因其可能对美国未来参与气候变化的谈判产生深远影响，法案内容提出了明确的碳减排目标、实施措施和相应的制度设计。法案提交参议院讨论后，参议员李伯曼2010年又起草了新的法案即《2010年美国能源法》，与《美国清洁能源及安全法案》相比，该法案设定了更加保守的碳减排目标和相关制度安排上较为宽松。基于自身利益考量———美国担心在其他国家没有相应严格的立法背景下，统一的联邦立法约束CO2的排放，对美国经济将产生严重负面影响，因此未被通过，但是上述法案在美国国内及国际社会产生的影响却一直延续，其不仅折射出美国未来针对碳减排的气候变化的立法思路，也成为各国有关气候变化立法的蓝本。

3．1．2奥巴马总统在应对碳减排和发展CCS技术的态度。自奥巴马总统上任后，美国政府应对气候变化问题的立场发生了很大转变。奥巴马意识到气候变化和能源问题对美国经济的可持续发展和巩固美国在全球地位的重要性。正是由于小布什政府期间，对于国际气候变化采取消极参与的态度，导致欧洲抢占了国际重大问题的主导地位，因此奥巴马政府积极参与并主导国际气候变化合作和开展国内应对气候变化行动。2009年2月24日在奥巴马发表的首份施政纲领中就要求国会通过市场化机制为碳排放设定上限的法案，提出了要建立强制性的、覆盖整个经济范围的碳排放上限与交易制度，并且积极支持相关联邦机构CCS工作的开展，并对CCS技术给予大力的财政扶持，由此可看出奥巴马对CCS技术的重视。

3．1．3EPA有关CCS的技术政策法规。在2007年联邦最高法院对马塞诸塞州诉美国EPA案的判决中认定EPA对于机动车辆的温室气体排放有权进行法律规制［16］。2009年EPA将二氧化碳认定为大气污染物，可根据《清洁空气法》的授权，对其进行管制，无需等国会通过气候变化立法并授权。随后，EPA加强对CCS技术政策监管，有关政策的出台也就较为频繁，主要如表1所示。

3．2美国CCS技术发展应用的经济环境

CCS技术作为一项新兴的环保技术，在其走向成熟和大规模商业化之前，离不开大量的项目研究和实验。CCS技术的经济环境主要体现在近年来美国对其项目建设和资金投入。

3．2．1CCS技术项目研究

a．CCS大型一体化项目情况。美国开展的CCS大型一体化项目(专门从排放源如电厂到封存地的一体化商业运行项目)能有力反映美国CCS项目运行能力，自2011年美国开展的CCS大型一体化项目情况如表2所示。从表中可以看出，近四年美国大型一体化项目的数量在全球占比很高，每年所占全球现役(指运行和正在建设的项目)和规划(立项、评估、定义的项目)的一体化项目近1/3，且随着时间的推进，美国的大型一体化项目逐渐从规划走向现役、从建设走向运行，表明美国在过去几年大力推动CCS项目研究。b．现阶段主要CCS项目研究计划。美国能源署(全称UnitedStatesDepartmentofEnergy，DOE)为美国碳封存技术开发和部署的主要联邦机构，因目前CCS技术还处于“公有物品”阶段，私营部门主导的项目很少，主要由美国能源部主导。自21世纪初美国便制定了CCS技术研究规划，开展一系列CCS技术的理论、试验、示范及应用研究。现阶段美国的CCS活动主要由四个部分组成，如表3所示。值得说明的是2010年洁净煤研究项目，项目内容包括CCS和发电系统项目(TheCCSandPowerSys-temsprogram)及CCS示范项目(CCSDemonstrationsprogram)。对美国未来10年的CCS技术发展具有重要影响。在2010年2月白宫就CCS技术发展备忘录，成立了跨机构的CCS工作组(由14个行政部门和联邦机构的联合)，拟定计划在未来10年里致力于成本的降低和技术的广泛使用以加速CCS商业化运行［17］。规划至2016年实现5～10个CCS商业示范项目的运行，并于2020年内在美国广泛部署经济可行的CCS项目。为加快实现该研究规划，2010年12月美国能源部CCS研发示范路线图。表4反映的是未来10年洁净煤研究项目具体目标，此次美国在洁净煤研究项目中如此大规模的开展研究，目的是为解决广泛部署CCS技术所面临的关键挑战，可看出美国发展CCS技术并推进其商业化运营的决心。

3．2．2CCS 资金投入

碳的捕集过程较为繁琐，耗能高，据统计CO2抓获、净化分离和压缩过程需要消耗一个火力发电厂的15%～30%的能量［18］，因此巨额的经济投入是CCS技术发展的必备要件。这也是CCS项目在世界范围内受到限制的主要原因。美国当前致力于全方位的CCS技术研究和推进CCS技术大规模商业化。必然需要大量的资金支持，从资金来源看，主要来自于以下三个方面:a．政府的财政支持。近年来美国CCS技术主要的公共财政资助情况大致如表5所示。从表5中可以看出，美国公共财政在CCS技术领域的投资在近几年呈现明显的上升趋势。b．私营部门分担成本。随着CCS技术走向商业化，政府的承担能力有限，也必然决定了吸收私营资金的重要性，在技术研发的早期，美国私人资金的投入并不高，2003年“FutureGen”项目中，当时总投入为15亿美元，美国能源部分担74%，而私营部门联盟仅分担26%。因此，为更好地实现私营部门的融资，美国发展了更为灵活的融资体系。私营部门的融资模式有:赞助股权、机构股权(基础设施基金、退休基金、养老基金等)、赞助债务(资产负债表融资)、商业债务等。美国密西西比州肯珀县CCS项目就是通过私营部门的股权贡献和债务贡献来融资。但CCS技术长期的经济投入和短期较低的利润回报这一现状在近些年不会改变，而私营部门关心的是CCS技术效率和环境绩效，为维持私人资金持续稳定的投入，政府的公关角色和扶持力度仍将十分重要。c．额外资金来源。对捕集的CO2商业化利用产生的利润抵消部分研发成本，利用捕集到的CO2提高原油采收率(全称EnhancedOilRecovery，EOR)技术在美国已经有40年的发展历程，技术成熟且收益颇丰，很多私营部门加入到CCS技术的投资正是看重利用CO2提高原油采收率，如德克萨斯州清洁能源项目，通过捕集的CO2用于提高原油采收率占其收入的20%［21］。

3．3美国CCS技术发展应用的社会环境

任何一项新技术的产生和广泛使用，不仅应得到政策、经济上的支持，也需要有一个良好的社会环境促使其发展。当美国大力开展CCS技术研发时，社会公众都较为关注该技术，尤其是感兴趣的学界人士、受影响的当地社区、非政府环境组织、相关工业团体等。美国CCS技术发展应用的社会环境，可以从CCS技术产生的社会背景和民众对CCS技术的参与和认知情况得以反应。随着广泛认知温室气体对气候变化造成的影响，美国民众对气候变化的担忧表现得十分明显，1997年五名经济学家组织2000名美国学者签署发表《经济学家关于气候变化的声明》，对气候变化的问题进行学术论证。2007年通用电气、通用汽车及“自然保护”组织等成立了“气候行动合作伙伴计划”，用于督促美国联邦政府颁布强制性温室气体减排政策。2008年科学家和经济学家联合签署《美国科学家和经济学家关于迅速及深入减少温室气体排放的呼吁书》，请求领导人采取措施减少导致全球变暖的气体。可以看出美国公众对碳减排呼声强烈，而CCS技术从一开始就被认为具有重大碳减排潜力，自然在公众面前塑造了“良好形象”，为CCS技术在美国发展提供了良好的社会基础环境。随着CO2对气候变化的威胁广泛被人们所认知，作为严重依赖煤炭资源的国家，美国的碳减排压力不断增大，CCS技术因具有碳的“零排放”潜力成为美国发展清洁煤的“希望”，尤为受到美国化石燃料产业界的欢迎。然而CCS技术面临着成本高昂和封存风险不确定问题，导致美国社会公众对CCS技术态度各执己见，争议十分激烈。大致可从表6反映美国民众的态度:

3．4美国CCS技术发展应用的技术环境

作为新兴技术，在技术方面，CCS还有较多的关键技术，因此抢占这些关键技术领域，有利于占据CCS技术的制高点，从而树立国家在传统能源领域中的领先地位。美国CCS技术发展最早始于20世纪70年代，2000年美国能源部开始开展CO2封存研究和发展项目，推动CCS技术从基础研究/应用研究/中试规模的发展，到2020年开始完整规模的示范。专利是一个或多个技术方案的组合，是技术创新的重要表现。因此对CCS技术领域专利进行跟踪可以较好地了解该技术发展路径和创新情况，并且能找出技术研究空白点和热点，因此本文通过CCS技术专利信息来研究其大致的技术发展情况。在专利检索表达式构建方面，本文在参考世界知识产权组织Patent－basedTechnologyAnalysisReport－－AlternativeEn-ergyTechnology报告中关于CCS专利检索式的基础上，扩充主题词，截至2014年5月17日，在美国商业数据库INNOGRAPHY中检索来自于美国专利权人的专利3800条，从专利申请趋势、IPC分布、前10位专利权人等方面对美国CCS技术专利数据进行统计分析。

3．4．1美国CCS技术专利申请趋势。通过统计年度专利申请数量，可以得知美国CCS技术创新及专利保护的发展历程。图1反映了美国专利申请趋势。早在70年代，美国就有来自于该领域的专利申请，但是数量很少，因篇幅原因本文从1980年开始统计。大致上可以看出，美国在1998年之前CCS技术年专利申请增长十分缓慢，从1980～1998年平均年专利数量27件，1998年后增长速度明显加快，尤其是在2007年以后专利申请迅速上升，说明美国近年来更加重视CCS技术的研发，取得了较多的成果。这与实践中美国在这一阶段开展大量的实验项目研究有着密切关联。

3．4．2美国CCS技术的IPC分布。国际专利分类是目前国际上对专利文献进行技术分类的常用工具。对专利活动IPC进行统计性研究可看出技术的研发重心。图2反映了美国CCS技术专利前10位IPC分布情况，从图中可知:美国CCS技术专利申请集中在B01D53(气体或蒸汽的分离;从气体中回收挥发性溶剂的蒸汽;废气化学或生物净化)，占有50%以上的专利数。这与CCS技术本身的特点有关，即CCS技术最为关键和基础的环节就是捕获后混合气体的分离，目前主要应用的分离技术有吸收、吸附、低温、薄膜分离等，而分离技术的研发重点就在于降低能耗、增强吸收或吸附效果;其次是C01B03，占有10%左右的专利数，涉及的是氢、含氢混合气及其分离氢，因氢具有较高的利用价值，混合气体的分离中较为注重对纯净氢有效分离。另外C02F01、B01J20、C01B31等IPC小类也有少量的专利申请。

3．4．3美国CCS技术的前10位专利权人。通过借助于INNOGRAPHY分析平台，对CCS技术领域中前10位美国专利权人的综合竞争力进行分析如表7所示，综合竞争力主要考量专利竞争力和市场竞争力两个指标，可分别反映出专利权人在技术创新活动中专利保护、技术创新能力和专利权人在市场上的经济实力。从表7中可知，在CCS技术领域中拥有专利数量较多的专利权人主要为美国大型跨国公司，有着雄厚的经济实力和经营能力。美国空气化工产品公司(AirProducts＆Chemicals)、普莱克斯公司(Praxair)相比于前10位其他专利权人在CCS技术领域中拥有明显雄厚的技术实力。前10位专利权人中有9位专利权人的技术实力所占比重高于经济实力所占比重，但只有埃克森美孚公司(ExxonMobilCorporation)则正好相反，具有的经济实力所占比重要高于其技术实力所占比重。就前10位专利权人综合竞争力来说，美国埃克森美孚公司、雪佛龙公司(ChevronCorporation)较具优势。

4、研究结论与启示

4．1美国CCS技术发展环境研究结论

通过对美国CCS技术的政策、经济、社会、技术环境等进行分析可得:总体来说，美国CCS技术发展有着良好的环境。尽管缺乏专门的联邦立法，但是国会、政府已清楚意识到碳减排的必要性，不断推动相关政策法规的制定和开展政府行动用以促进CCS技术的发展;美国积极开展大型一体化CCS技术项目研究，近四年大型一体化项目一直处于全球首位，且现阶段的项目研究正在有序推进中;从早期的实验性项目研究逐渐向商业化规模的扩散过程可以看出，美国很好地引领着私营行业的参与并用可靠的政策承诺加强对私营行业的激励信誉。美国注重跨地区、跨部门的动态式技术合作研发，整合各地区、各部门、各机构的力量以发挥联动效应，为CCS技术发展提供所必需的知识基础和基础设施;美国公众对CCS技术有较高的认知及对相关问题的讨论有较高的参与度;美国在CCS技术上取得的创新成果颇丰，拥有较多数量的CCS技术专利，且从美国CCS技术排名前10位的专利权人来看，主要是国内大型的跨国企业，从侧面也说明美国较好地带动了私营公司积极开展CCS技术的研发，另外美国较为重视CCS技术在其他国家的布局，欧专局、中国、加拿大、日本等组织和国家中来自美国的专利申请数分别为621、422、295、240件，欧洲、中国正是对于CCS技术有着强烈的需求。综上所述，可以说明美国发展CCS技术具有较大的积极性和优势，且大规模国外布局则显示出美国抢占国际CCS技术发展领先位置的意图。

4．2对我国的启示

随着CCS技术逐渐商业化，CCS技术也将迎来巨大的市场空间，各国抓住这一机遇，争取占据CCS技术领先地位，将会在未来低碳经济竞争中增强竞争优势。我国CCS技术正处于研发和示范阶段，CCS技术可能成为我国占领低碳领域制高点的最佳机遇。近年来我国政府采取了相应的措施，从2006年开始973、863、国家自然科学基金开始资助CCS技术研发，同时一些企业、高校和科研院所也进行相关技术的研究。相比于发达国家，我国CCS技术发展起步较晚，因此需要更多的借鉴发达国家的经验，从上述基于政策、经济、社会、技术等方面的分析可以看出，美国在CCS技术发展上有较多值得我国借鉴的地方，主要表现在以下几点:

a．推动CCS技术的相关立法和加强有关政府部门对CCS技术的政策监管。尽管针对碳减排的联邦气候立法未获通过，但是其法案产生的影响却是巨大的，有力地强化CCS技术在美国的扩散，再者，奥巴马政府的公开支持，促使CCS技术在公众心中产生更多的正面影响。

b．提高社会公众对CCS技术的认知度及公众对CCS技术相关问题研究的参与度。美国政府重视公众对该技术的认知，利用公共媒体不断普及公众对该技术的了解，且给予平台使社会公众广泛参与CCS技相关问题的讨论中。

c．对CCS技术开展十分完整、大规模的项目研究和试验。从21世纪初到现阶段乃至于未来几十年，美国对CCS技术项目研究都具有科学的规划，其规划涉及到CCS技术的各个子领域，用以攻破CCS技术难点，同时不断开展跨部门、跨组织之间的合作，并通过财政支持和政策优惠积极引导私营资金的注入，这是美国CCS技术的发展富有成效的重要原因。

d．注重知识产权保护。美国自21世纪后，在CCS技术领域专利迅速增长，目前拥有较多的相关专利数量，不仅是美国CCS技术领域创新能力的体现，也是其注重CCS技术知识产权保护的体现。2011年开始我国中东部地区频繁出现雾霾天气，对人们的日常生活造成了严重影响，超标的碳排放量是雾霾天气出现的重要原因，自改革开放以来，我国工业领域飞速发展，也导致了工业领域的碳排放量不断增加，尽管工业领域带动我国经济取得了足劲进步，但是却不是经济的可持续发展方式。CCS技术作为一项低碳环保技术，对我国工业领域的碳减排有着重要的作用，是实现我国的经济可持续发展的重要方式。且随着温室效应对人类环境的影响加剧，碳排放、清洁煤也已成为国际社会的关注焦点，可以预见国家的国际政治地位将与之密切关联，因此我国发展CCS技术意义重大。到目前为止，美国CCS技术发展是较有成效的，我国可积极吸收美国在CCS技术发展的有益经验，用以完善我国发展之不足之处。

作者：邱洪华 陈娟 单位：湘潭大学知识产权学院