碳中和目標(biāo)下中國碳捕集利用與封存技術(shù)應(yīng)用前景

張賢

碳捕集利用與封存（CCUS）指將二氧化碳從排放源中分離后或直接加以利用或封存，以實現(xiàn)二氧化碳減排的技術(shù)過程。作為目前唯一能夠?qū)崿F(xiàn)化石能源大規(guī)模低碳化利用的減排技術(shù)，CCUS是我國實現(xiàn)2060年碳中和目標(biāo)技術(shù)組合的重要構(gòu)成部分。近年來，我國在碳捕集、輸送、利用及封存多個技術(shù)環(huán)節(jié)均取得顯著進(jìn)展，已經(jīng)具備CCUS技術(shù)工業(yè)化應(yīng)用能力;但CCUS商業(yè)化一直面臨高成本、高能耗的挑戰(zhàn)，相關(guān)激勵政策、產(chǎn)業(yè)部署及管理體系有待完善。未來，應(yīng)加快開展CCUS大規(guī)模全鏈條集成示范，科學(xué)制定CCUS技術(shù)發(fā)展規(guī)劃和激勵政策，為實現(xiàn)碳中和目標(biāo)、保障能源安全、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展提供技術(shù)支撐。

一、CCUS是我國實現(xiàn)碳中和目標(biāo)技術(shù)組合的重要構(gòu)成部分

1.CCUS是目前實現(xiàn)大規(guī)?；茉戳闩欧爬玫奈ㄒ患夹g(shù)選擇。我國能源系統(tǒng)規(guī)模龐大、需求多樣，從兼顧實現(xiàn)碳中和目標(biāo)和保障能源安全的角度考慮，未來應(yīng)積極構(gòu)建以高比例可再生能源為主導(dǎo)，核能、化石能源等多元互補(bǔ)的清潔低碳、安全高效的現(xiàn)代能源體系。2019年，煤炭占我國能源消費的比例高達(dá)58%;根據(jù)已有研究的預(yù)測，到2050年，化石能源仍將扮演重要角色，占我國能源消費比例的10%～15%。CCUS將是目前實現(xiàn)該部分化石能源凈零排放的唯一技術(shù)選擇。

2.CCUS是碳中和目標(biāo)下保持電力系統(tǒng)靈活性的主要技術(shù)手段。2060年前達(dá)到碳中和目標(biāo)要求電力系統(tǒng)大幅提高非化石電力比例，并提前實現(xiàn)凈零排放，但短期內(nèi)迅速提升非化石電力占比，必將造成電力系統(tǒng)在供給端和消費端不確定性的顯著增大，影響電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定。充分考慮電力系統(tǒng)實現(xiàn)快速減排并保證靈活性、可靠性的多重需求，火電加裝CCUS是當(dāng)前具有競爭力的重要技術(shù)手段?；痣娂友bCCUS可以推動電力系統(tǒng)凈零排放，提供穩(wěn)定清潔電力，平衡可再生能源發(fā)電的波動性，在避免季節(jié)性或長期性的電力短缺方面發(fā)揮慣性支撐和頻率控制等重要作用。

3.CCUS是鋼鐵水泥等難以減排行業(yè)深度脫碳的可行技術(shù)方案。國際能源署發(fā)布2020年鋼鐵行業(yè)技術(shù)路線圖，預(yù)計到2050年，鋼鐵行業(yè)通過采取工藝改進(jìn)、效率提升、能源和原料替代等常規(guī)減排方案后，仍然剩余34%的碳排放量，即使氫能直接還原鐵技術(shù)取得重大突破，剩余碳排放量也超過8%。水泥行業(yè)通過采取其他常規(guī)減排方案后，仍剩余48%的碳排放量。CCUS是鋼鐵水泥等難以減排行業(yè)實現(xiàn)凈零排放為數(shù)不多的可行技術(shù)方案。

4.CCUS與新能源耦合的負(fù)排放技術(shù)是實現(xiàn)碳中和目標(biāo)的托底技術(shù)保障。研究表明，到2060年，我國仍有部分無法減排的溫室氣體排放需要通過碳匯和負(fù)排放來抵消，應(yīng)提前儲備和部署生物質(zhì)耦合CCUS技術(shù)（BECCS）和直接空氣捕集（DAC）等負(fù)排放技術(shù)?？紤]我國尚未開展BECCS示范項目，并且生物質(zhì)燃料的資源潛力受空間分布不均、可利用土地面積有限、環(huán)境政策制約等多種因素限制，聚焦評估BECCS減緩氣候變化的綜合效用和潛在風(fēng)險，并為未來大規(guī)模實施BECCS開展技術(shù)儲備和部署規(guī)劃是當(dāng)務(wù)之急。

二、碳中和目標(biāo)下，發(fā)展CCUS技術(shù)具有多重協(xié)同效益

1.CCUS技術(shù)可為我國實現(xiàn)碳中和目標(biāo)提供可觀的減排貢獻(xiàn)。綜合考慮CCUS技術(shù)在電力系統(tǒng)、工業(yè)部門的應(yīng)用及其負(fù)排放潛力，研究顯示預(yù)計到2050年，CCUS技術(shù)可提供減排貢獻(xiàn)為11億～27億噸二氧化碳。理由如下：一是據(jù)預(yù)測，CCUS技術(shù)對電力系統(tǒng)的減排貢獻(xiàn)在4.3億～16.4億噸。2019年中國能源電力發(fā)展展望指出，我國電力需求到2050年預(yù)計增長到12萬億～15萬億度，即使火電占比大幅縮減至10%左右，仍有4.3億～16.4億噸二氧化碳需通過CCUS技術(shù)減排才能實現(xiàn)電力系統(tǒng)的凈零排放。二是CCUS技術(shù)對鋼鐵及水泥等難以減排行業(yè)的減排貢獻(xiàn)突出。2019年能源轉(zhuǎn)型委員會與落基山研究所聯(lián)合發(fā)布的報告《中國2050：一個全面實現(xiàn)現(xiàn)代化國家的零碳圖景》指出，我國鋼鐵行業(yè)到2050年預(yù)計產(chǎn)量為4.75億噸，即使考慮了其他各項減排措施后，要實現(xiàn)凈零排放，還有0.5億～2.1億噸二氧化碳需要通過CCUS進(jìn)行減排。同理，即使我國水泥行業(yè)到2050年預(yù)計產(chǎn)量壓縮到約8億噸，在采用了其他減排技術(shù)后，仍有約2.6億噸二氧化碳的減排需依靠CCUS技術(shù)。三是BECCS、DAC等負(fù)排放技術(shù)的減排潛力巨大。《2019年可再生能源數(shù)據(jù)手冊》指出，考慮農(nóng)業(yè)剩余物、林業(yè)剩余物、能源作物等生物質(zhì)燃料，我國生物質(zhì)到2050年資源潛力可達(dá)6億噸標(biāo)煤，對應(yīng)二氧化碳負(fù)排放潛力可達(dá)3.6億～5.9億噸。

2.CCUS技術(shù)的大規(guī)模部署將有效增強(qiáng)我國實現(xiàn)碳中和目標(biāo)的經(jīng)濟(jì)性。一是包含CCUS技術(shù)在內(nèi)的多種低碳技術(shù)組合是實現(xiàn)碳中和目標(biāo)最為經(jīng)濟(jì)可行的方案。政府間氣候變化專門委員會（IPCC）第五次評估報告指出，如果不采用CCUS技術(shù)，要實現(xiàn)本世紀(jì)末全球溫升不超過2℃的減排目標(biāo)，估計整體減排成本增幅將高達(dá)138%。通過采取CCUS與能效提升、終端節(jié)能、儲能、氫能等多領(lǐng)域多技術(shù)的減排方案相結(jié)合，有助于獲得最大成本效益。二是CCUS技術(shù)的大規(guī)模部署可以避免大量基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的擱淺成本。2019年，我國火電合計裝機(jī)容量已達(dá)1191GW?；痣娂友bCCUS不僅可以避免已經(jīng)投產(chǎn)的機(jī)組提前退役，還能減少因建設(shè)其他低碳電力基礎(chǔ)設(shè)施造成的額外投資，降低實現(xiàn)碳中和目標(biāo)的經(jīng)濟(jì)成本。三是CCUS未來技術(shù)成本評估總體樂觀。2019年中國CCUS技術(shù)路線圖指出，目前高濃度排放源應(yīng)用CCUS的技術(shù)成本僅為19.7～33.1美元/噸，二氧化碳驅(qū)油技術(shù)（CO2-EOR）已經(jīng)具有零成本甚至負(fù)成本的機(jī)會。預(yù)計2035年前，CCUS的技術(shù)成本有望繼續(xù)下降30%以上，部分利用技術(shù)能夠產(chǎn)生較高的經(jīng)濟(jì)效益;同時考慮碳市場和碳稅等激勵政策，綜合評估CCUS未來技術(shù)成本可接受，可以實現(xiàn)商業(yè)化推廣。

3.CCUS技術(shù)在保障能源安全、促進(jìn)綠色經(jīng)濟(jì)發(fā)展和提高生態(tài)環(huán)境綜合治理能力等方面具備較好的協(xié)同效益。一是CCUS技術(shù)能夠推動多元能源系統(tǒng)構(gòu)建并避免能源結(jié)構(gòu)過激調(diào)整，進(jìn)而保障國家能源安全。CCUS技術(shù)協(xié)同開展低碳化石能源制氫，在降低制氫成本的同時，實現(xiàn)高碳與低碳能源協(xié)同發(fā)展與安全利用。二是二氧化碳資源化利用促進(jìn)綠色經(jīng)濟(jì)發(fā)展。伴隨未來低碳科技創(chuàng)新與成果轉(zhuǎn)化，二氧化碳資源化利用有望發(fā)展成為占據(jù)綠色經(jīng)濟(jì)制高點的新興戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)，在增加市場綠色產(chǎn)品供給量的同時，帶動產(chǎn)業(yè)低碳科技創(chuàng)新和工藝轉(zhuǎn)型的積極性。三是CCUS技術(shù)有助于提高生態(tài)環(huán)境綜合治理能力。我國以化石能源為主的能源結(jié)構(gòu)導(dǎo)致二氧化碳與主要大氣污染物的排放具有很強(qiáng)的“同根、同源、同過程”特征，火電加裝CCUS有助于推進(jìn)二氧化碳和大氣污染物的協(xié)同治理。此外，二氧化碳驅(qū)水技術(shù)（CO2-EWR）為我國西部水資短缺問題提供了新的解決方案。通過利用該技術(shù)將捕集到的二氧化碳注入咸水層，可以驅(qū)替深部咸水并淡化利用;同時該項技術(shù)可以降低地下壓力，提高二氧化碳封存工程的安全性。

三、統(tǒng)籌部署CCUS技術(shù)發(fā)展，加快推進(jìn)新一代CCUS技術(shù)研發(fā)和集成示范

2060年碳中和目標(biāo)對我國CCUS技術(shù)發(fā)展規(guī)劃提出新要求。我國未來應(yīng)加大對CCUS技術(shù)研發(fā)投入和政策扶持力度，推進(jìn)低成本、低能耗、安全可靠的全鏈條集成示范及商業(yè)化應(yīng)用進(jìn)程。

1.加大CCUS技術(shù)研發(fā)投入，加快成本及能耗的降低。一是針對碳捕集、分離、運(yùn)輸、利用、封存及監(jiān)測等各個環(huán)節(jié)開展核心技術(shù)攻關(guān)。爭取到2035年前第二代捕集技術(shù)實現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用，新型利用技術(shù)實現(xiàn)商業(yè)化推廣。二是開展大規(guī)模全鏈條集成示范工程。爭取在“十四五”時期建成3～5個百萬噸級CCUS全鏈條示范項目，到2030年前建成千萬噸級CCUS產(chǎn)業(yè)促進(jìn)中心。三是超前部署新一代低成本、低能耗CCUS技術(shù)研發(fā)，發(fā)展與新能源耦合的負(fù)排放技術(shù)，驅(qū)動技術(shù)成本顯著下降。

2.推進(jìn)CCUS技術(shù)商業(yè)化應(yīng)用進(jìn)程，避免錯過電力系統(tǒng)和工業(yè)部門的最佳改造窗口期。一是緊抓早期機(jī)會加速商業(yè)化推廣。將目前已商業(yè)化的捕集技術(shù)應(yīng)用于高濃度排放源，并與地質(zhì)、化工、生物等較為成熟的利用技術(shù)相結(jié)合，推動形成種類多樣化、附加值較高的終端商業(yè)產(chǎn)品。二是把握2030～2035年CCUS技術(shù)電廠改造的最佳改造窗口期，爭取最大減排效益。三是在最佳改造窗口期內(nèi)完成技術(shù)代際更替，從而避免技術(shù)鎖定。按照改造成本最優(yōu)原則，CCUS技術(shù)的代際更替應(yīng)在最佳改造窗口期內(nèi)完成。若晚于最佳改造窗口期，燃煤電廠的剩余壽命將難以支撐其進(jìn)行新一代CCUS技術(shù)改造投資，進(jìn)而導(dǎo)致其被第一代CCUS技術(shù)大面積鎖定而無法采用新一代技術(shù)。

3.探索制定CCUS激勵政策及標(biāo)準(zhǔn)體系。一是充分借鑒美國45Q稅收法案，探索制定適合我國的CCUS稅收優(yōu)惠和補(bǔ)貼激勵政策，形成投融資增加和成本降低的良性循環(huán)。二是給予超前部署的新一代低成本、低能耗技術(shù)以及與新能源耦合的負(fù)排放技術(shù)同等政策激勵。三是制定CCUS行業(yè)規(guī)范、制度法規(guī)以及科學(xué)合理的建設(shè)、運(yùn)營、監(jiān)管、終止標(biāo)準(zhǔn)體系。大幅提升新建電廠的碳排放標(biāo)準(zhǔn)，明確在役電廠改造的技術(shù)適用性標(biāo)準(zhǔn);不斷完善輸送管道的設(shè)計及安全標(biāo)準(zhǔn);分類制定二氧化碳利用或封存的品質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

4.規(guī)劃布局CCUS基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。一是加大對基礎(chǔ)設(shè)施的投資力度，優(yōu)化設(shè)施管理模式，建立合作共享機(jī)制。二是注重與已有資源整合，立足于正在建設(shè)的新疆產(chǎn)業(yè)促進(jìn)中心，逐步升級完善現(xiàn)有設(shè)施。三是以基礎(chǔ)設(shè)施合作共享帶動形成新的產(chǎn)業(yè)促進(jìn)中心減少CCUS項目早期投資成本。

5.加強(qiáng)國際合作與交流，深化多邊機(jī)制合作與知識共享。一是通過中美清潔能源聯(lián)合研究中心、中英（廣東）CCUS中心等國際合作平臺進(jìn)一步創(chuàng)新引領(lǐng)國際合作機(jī)制。二是推動發(fā)達(dá)國家向發(fā)展中國家的技術(shù)轉(zhuǎn)移，創(chuàng)立CCUS知識體系，縮短研發(fā)周期。三是在國際能源署、清潔能源部長級會議、碳收集領(lǐng)導(dǎo)人論壇、油氣氣候倡議組織等框架下積極開展多邊合作與知識共享。