CCUS賦能綠色低碳發(fā)展

中國工程院院士 李 陽

一、CCS與CCUS概述

碳捕集與封存技術(shù)簡稱CCS，主要包括碳捕集、輸送和封存3個(gè)環(huán)節(jié)，是通過碳捕集技術(shù)，將工業(yè)或相關(guān)能源生產(chǎn)的二氧化碳分離出來，并通過一定的方式輸送到合適的地點(diǎn)進(jìn)行封存，使其與大氣隔絕，是大規(guī)模減少二氧化碳排放的可行方法。但CCS建設(shè)及運(yùn)行成本高昂，且無經(jīng)濟(jì)收益，直接封存成本十分巨大，制約了CCS的發(fā)展。

我國科技界提出碳捕集、碳資源化利用及碳封存并重發(fā)展的思路，形成了CCUS的理念，目前這一理念已被國際社會廣泛認(rèn)可。CCUS是Carbon Capture，Utilization and Storage（碳捕集、利用與封存）的英文縮寫，是在CCS的基礎(chǔ)上發(fā)展的新技術(shù)。CCUS是通過不同的技術(shù)措施和應(yīng)用模式，對人為當(dāng)期或歷史排放的二氧化碳進(jìn)行捕集、埋存和轉(zhuǎn)化利用，減少排放到大氣中的二氧化碳。CCUS與CCS相比，加強(qiáng)了對二氧化碳的資源化利用（地質(zhì)利用、化工利用和生物利用等），將碳轉(zhuǎn)化為能源或物質(zhì)，實(shí)現(xiàn)了碳的循環(huán)再平衡，增加了CCUS的經(jīng)濟(jì)收益，降低了投資成本，更具有現(xiàn)實(shí)可操作性，使其成為未來30年最現(xiàn)實(shí)可行的大規(guī)?？焖贉p少碳排放的技術(shù)解決方案。

二、我國發(fā)展CCUS的戰(zhàn)略及現(xiàn)實(shí)意義

2020年9月22 日，習(xí)近平總書記提出了我國“碳達(dá)峰、碳中和”的戰(zhàn)略目標(biāo)。對中國來說減排時(shí)間緊、減排強(qiáng)度大、化石能源占比高，因此必須采用組合技術(shù)保障碳中和目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。CCUS作為可以大規(guī)模減少化石能源燃燒和工業(yè)過程碳排放的減碳、負(fù)碳技術(shù)，可以使化石能源與新能源實(shí)現(xiàn)競合關(guān)系，為經(jīng)濟(jì)社會高質(zhì)量發(fā)展、保障能源安全和“雙碳”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)提供支撐。

CCUS是構(gòu)建清潔低碳、安全高效能源體系的重要技術(shù)保障。預(yù)計(jì)到2050年，化石能源仍將扮演重要角色，占我國能源消費(fèi)比例的10%-15%，CCUS可實(shí)現(xiàn)化石能源大規(guī)模低碳化利用，推動能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型，助力構(gòu)建綠色低碳、富有韌性的能源體系。

CCUS可助力電力、鋼鐵、水泥等難以減排行業(yè)深度脫碳。據(jù)國際能源署報(bào)告，預(yù)計(jì)到2050年鋼鐵行業(yè)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，就算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)采取常規(guī)減排方案后，仍剩余48%的碳排放量。因此，可以說CCUS也是這些行業(yè)凈零排放的必然選擇。

CCUS可有效降低碳減排成本。根據(jù)聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）第五次氣候變化評估報(bào)告，如果不采用CCUS技術(shù)，全球減排成本將成倍增加，增幅高達(dá)138%。我國擁有世界上最年輕的煤電機(jī)組存量，2020年總裝機(jī)達(dá)12.5億千瓦，服役年限平均僅11.6年。據(jù)估算，如果不進(jìn)行CCUS投資，煤電擱淺資產(chǎn)規(guī)?？赡芨哌_(dá)3.1-7.2萬億元。

CCUS可以實(shí)現(xiàn)油氣增儲上產(chǎn)，保障國家油氣安全。我國油氣對外依存度高，2020年我國石油、天然氣依存度分別達(dá)到73%、43%。且未來一段時(shí)期油氣仍將維持主體能源地位，到2040年占一次能源比重仍保持在50%左右。CCUS與驅(qū)油技術(shù)的結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)油氣增產(chǎn)和碳封存的雙贏。據(jù)研究，我國適合二氧化碳驅(qū)油地質(zhì)儲量近200億噸，可以增加原油產(chǎn)量超過20億噸，埋存二氧化碳超過100億噸。

三、CCUS發(fā)展現(xiàn)狀

從當(dāng)前技術(shù)發(fā)展來看，CCUS已經(jīng)具備了大規(guī)模應(yīng)用到各行業(yè)中的技術(shù)可行性。碳捕集方面，已形成針對不同濃度排放源的捕集技術(shù)，技術(shù)成熟度快速提高、能耗成本逐漸下降，在煤電、石化、水泥及鋼鐵等行業(yè)開展了大量示范應(yīng)用。驅(qū)油利用方面，是目前最為經(jīng)濟(jì)可行的大規(guī)模的利用和埋存方式，技術(shù)已經(jīng)成熟（美國CO2驅(qū)提高采收率產(chǎn)量每年超過1500萬噸，其中來自工業(yè)的氣源占總量的30%）。碳封存方面，開展了百萬噸級咸水層埋存示范（挪威Sleipner項(xiàng)目已累計(jì)埋存2000萬噸）。碳利用方面，化工利用和生物利用新技術(shù)不斷涌現(xiàn)。另外，工程化、規(guī)?；?xiàng)目快速增長，2021年全球新增71個(gè)CCUS示范項(xiàng)目?？梢灶A(yù)見，隨著CCUS技術(shù)快速發(fā)展和“碳中和”目標(biāo)的驅(qū)動，CCUS將迎來新的快速發(fā)展階段。

中國石化較早地開展了二氧化碳捕集、利用與埋存技術(shù)研究與示范，目前已進(jìn)入全技術(shù)鏈研發(fā)和大規(guī)模示范階段。2021年7月5日啟動齊魯石化-勝利油田CCUS項(xiàng)目建設(shè)，這是我國首個(gè)百萬噸碳捕集、利用與封存項(xiàng)目，也是我國石化企業(yè)全流程CCUS項(xiàng)目。

中國石化主要從捕集、輸送、利用、封存和安全性5個(gè)維度開展系統(tǒng)性研究，取得了系列重要成果：首先是形成針對燃煤電廠、煉化廠及高碳天然氣3種主要排放源捕集技術(shù)，并進(jìn)行了示范應(yīng)用，技術(shù)水平與國際同步，具備了良好的應(yīng)用前景。二是形成了高壓長距離管道輸送技術(shù)，中國石化已在蘇北盆地建成52公里二氧化碳集輸管線。三是形成了低滲透、高含水油藏驅(qū)油、封存技術(shù)體系，并建立了碳封存潛力評價(jià)及減碳核查、全生命周期安全評價(jià)技術(shù)。四是二氧化碳礦化轉(zhuǎn)化技術(shù)。其具有多種應(yīng)用場景，既可以對固廢處理利用，也可以進(jìn)行特殊資源提取，在實(shí)現(xiàn)碳減排的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)固廢資源化利用和高值化產(chǎn)品生產(chǎn)。中石化在普光氣田開發(fā)了二氧化碳礦化磷石膏技術(shù)，將普光氣田產(chǎn)生尾氣中的二氧化碳與磷石膏反應(yīng)，轉(zhuǎn)化為碳酸鈣和硫基復(fù)合肥，實(shí)現(xiàn)磷石膏中鈣、硫資源的高值化回收利用。

四、CCUS發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)

經(jīng)過幾十年的發(fā)展，CCUS技術(shù)和示范項(xiàng)目建設(shè)已經(jīng)取得了豐富的研究和實(shí)踐成果，但大規(guī)模部署CCUS仍然面臨諸多制約。在技術(shù)方面，捕集技術(shù)能耗和成本偏高，驅(qū)油埋存一體化優(yōu)化技術(shù)有待進(jìn)一步研究，化工利用和生物利用技術(shù)存在轉(zhuǎn)化能耗高、轉(zhuǎn)化效率低等問題，封存安全性的監(jiān)測和評估技術(shù)體系尚需建立，全生命周期量化核查方法學(xué)有待研究。

在工程示范方面，為石油、煤化工、電力行業(yè)小規(guī)模的捕集驅(qū)油示范，利用封存方式單一，缺乏大規(guī)模的多種技術(shù)組合的全流程工業(yè)化示范。

在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范方面，未形成碳捕集、輸送、利用、驅(qū)油及封存的標(biāo)準(zhǔn)體系，碳減排量化核查和監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)缺乏。在體制政策方面，未形成相互有效銜接的規(guī)劃體系，缺乏稅收減免、差異化財(cái)政補(bǔ)貼等有助于CCUS技術(shù)及產(chǎn)業(yè)發(fā)展的創(chuàng)新性激勵政策，商業(yè)、金融生態(tài)建設(shè)有待創(chuàng)新，投融資渠道有待拓寬。

五、CCUS發(fā)展前景

目前國家已陸續(xù)發(fā)布了重點(diǎn)領(lǐng)域和行業(yè)碳達(dá)峰實(shí)施方案，構(gòu)建碳達(dá)峰、碳中和“1+N”政策體系。CCUS作為碳中和必不可少的技術(shù)手段，在雙碳目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)過程中將發(fā)揮更大作用，其產(chǎn)業(yè)化發(fā)展前景巨大。

國際能源署(IEA)發(fā)布的《2050年凈零排放：全球能源行業(yè)路線圖》預(yù)計(jì)，全球碳捕集能力將從2020年的4000萬噸/年，增長至2050年的76億噸/年。中國石化課題組在研究實(shí)踐中建立了中國能源生產(chǎn)、消費(fèi)及CCUS之間的交互關(guān)系模型，綜合考慮能源結(jié)構(gòu)、技術(shù)條件、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)以及數(shù)據(jù)來源等因素，構(gòu)建了CCUS固碳計(jì)算方法和模型，預(yù)計(jì)到2060年，CCUS技術(shù)減排貢獻(xiàn)量10.4億噸，迫切需要CCUS規(guī)模化發(fā)展。

2020年以來，發(fā)達(dá)國家紛紛加快CCUS技術(shù)和示范項(xiàng)目部署，美國計(jì)劃在未來25年累計(jì)投資1750億美元，CCUS規(guī)模達(dá)到5億噸/年；歐盟計(jì)劃投資100億美元，用于碳捕集封存項(xiàng)目規(guī)劃、建設(shè)和運(yùn)行；英國計(jì)劃至少投資8億英鎊，建設(shè)2個(gè)碳捕集封存項(xiàng)目群。預(yù)計(jì)2060年，全球CCUS產(chǎn)業(yè)規(guī)?？蛇_(dá)數(shù)萬億美元，中國CCUS投資規(guī)模將達(dá)到數(shù)萬億元，CCUS市場需求及前景十分廣闊。

總之，雙碳時(shí)代，CCUS將駛?cè)肟焖侔l(fā)展軌道。

六、CCUS產(chǎn)業(yè)發(fā)展建議

CCUS具有跨行業(yè)、跨地區(qū)、產(chǎn)業(yè)鏈長、運(yùn)行周期長、投資成本高、技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)大等特征，未來產(chǎn)業(yè)化發(fā)展需要國家頂層設(shè)計(jì)和統(tǒng)籌規(guī)劃，推進(jìn)體系協(xié)同發(fā)展。從構(gòu)建技術(shù)體系、創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)模式、做強(qiáng)基礎(chǔ)設(shè)施、強(qiáng)化政策支持4個(gè)方面聯(lián)合推進(jìn)，推動CCUS產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

一是構(gòu)建CCUS全新科學(xué)技術(shù)體系，突破關(guān)鍵技術(shù)。CCUS已成為綠色低碳技術(shù)創(chuàng)新的前沿領(lǐng)域，要加強(qiáng)基礎(chǔ)研究和核心技術(shù)攻關(guān)，形成創(chuàng)新的科學(xué)技術(shù)理論和方法體系，突破碳捕集、利用、封存及監(jiān)測等各環(huán)節(jié)核心技術(shù)和關(guān)鍵設(shè)備。

二是創(chuàng)新“C→U”有效連接的產(chǎn)業(yè)模式和商業(yè)模式。統(tǒng)籌產(chǎn)業(yè)群的發(fā)展和布局，構(gòu)建基于源匯匹配的含油盆地碳利用埋存產(chǎn)業(yè)集群、基于工業(yè)流程再造的碳轉(zhuǎn)化利用產(chǎn)業(yè)集群、基于多種技術(shù)組合的碳循環(huán)利用產(chǎn)業(yè)集群。

三是做強(qiáng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。加大CCUS相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施投入，加強(qiáng)源匯匹配優(yōu)化及輸送管網(wǎng)建設(shè)，要促進(jìn)基礎(chǔ)設(shè)施共享、項(xiàng)目系統(tǒng)集成、資源交互利用，以降低減排成本。

李陽（右二）在齊魯石化-勝利油田百萬噸CCUS示范項(xiàng)目現(xiàn)場

四是強(qiáng)化政策支持。完善相關(guān)法律法規(guī)，將CCUS碳減排量納入國家碳排放交易體系，制定我國CCUS產(chǎn)業(yè)激勵政策。加快技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)以及環(huán)保、安全評估等體系建設(shè)。建立以政府公共財(cái)政融資、綠色信貸融資、風(fēng)險(xiǎn)投資基金和信托基金、國際融資為核心的多元投融資體系，形成良好金融生態(tài)。