提升綠色能源技術話語權

張軍紅

提及碳達峰碳中和，我們想到最多的可能是傳統(tǒng)能源替代，太陽能、風能等清潔能源發(fā)展，儲能及碳市場建設等。其實除此之外，在實現(xiàn)“雙碳”目標的過程中，還有一項技術不可或缺，那就是二氧化碳捕集、利用與封存技術（CCUS）。該技術可以通過將工業(yè)排放源或空氣中的二氧化碳分離出來并加以利用或封存，從而減少二氧化碳的排放，甚至降低大氣中二氧化碳的濃度。聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）在《IPCC全球升溫1.5℃特別報告》中指出，2030年不同路徑CCUS的減排量約為1億噸—4億噸/年，2050年約為30億噸—68億噸/年。國際能源署（IEA）發(fā)布的《2050年凈零碳排放：全球能源領域路線圖》認為，從2030年開始，每月要有10家重工業(yè)工廠安裝碳捕集和封存裝置，全球依靠CCUS實現(xiàn)碳封存的規(guī)模將在2035年達到40億噸，約占2020年全球碳排放總量的11.8%;2050年達到76億噸，約占2020年全球碳排放總量的22.4%。對我國而言，目前該技術的發(fā)展情況如何？主要應用于哪些領域？將會發(fā)揮怎樣的作用？近日，《經(jīng)濟》雜志、經(jīng)濟網(wǎng)記者就此專訪了國家能源集團北京低碳清潔能源研究院院長衛(wèi)昶。

《經(jīng)濟》：請您從技術角度介紹一下二氧化碳捕集、利用與封存技術。

衛(wèi)昶：CCUS從上下游的角度可以分為兩段，一段為二氧化碳捕集，另一段為二氧化碳利用或者封存。對于二氧化碳捕集，通常是對工業(yè)排放源（比如燃煤發(fā)電的排放）中的二氧化碳進行捕集。目前的主流技術是通過溶劑法、膜分離法和吸附法等物理和化學方法，將二氧化碳進行分離或濃縮。溶劑法應用相對較廣、技術成熟度高，主要是利用有機溶劑與二氧化碳之間的可逆反應，實行二氧化碳的吸收和解吸，但該過程能耗高、環(huán)境污染相對較大;膜分離法通常使用選擇性膜在壓力下對高濃度二氧化碳的混合氣體進行分離，但在低壓和低濃度下分離效果顯著降低;吸附法是通過物理吸附對二氧化碳進行富集，目前規(guī)模化的應用還不多。此外直接從空氣中捕集二氧化碳（即除碳工廠，以降低空氣中二氧化碳濃度）也正在得到越來越多的重視。

捕集的二氧化碳則可以通過封存或再利用的形式，使二氧化碳不排放到大氣中去。二氧化碳封存可以通過高壓將二氧化碳注入海底封存或打入地下進行地質封存。封存技術相對較為成熟，但受地質條件的限制，目前的規(guī)?；瘧眠€不多。二氧化碳利用最成熟的例子是二氧化碳驅油，即將二氧化碳注入地下進行強化采油的同時實現(xiàn)碳封存，這已在國際上得到廣泛的應用，但二氧化碳驅油的規(guī)模依然有限，其經(jīng)濟性受油價和地理位置的影響較大。另一個趨勢就是將二氧化碳作為化工產(chǎn)業(yè)的原料生產(chǎn)大宗化學品（比如甲醇），比如將二氧化碳與綠氫耦合已得到廣泛關注，這里的挑戰(zhàn)是如何生產(chǎn)低成本并且與二氧化碳排放規(guī)模匹配的化工產(chǎn)品。

《經(jīng)濟》：當前我國二氧化碳捕集、利用與封存技術的發(fā)展現(xiàn)狀，還存在哪些不足和挑戰(zhàn)？

衛(wèi)昶：過去10多年，我國CCUS技術研究和示范應用取得了長足進步。2011年，國家能源集團就依托鄂爾多斯煤制油化工裝置建成我國首套10萬噸/年CCUS示范項目，該項目累計注入二氧化碳超過30萬噸，初步證實了二氧化碳咸水層封存的安全性。2021年，國家能源集團依托錦界電廠建成15萬噸/年電廠煙氣CCUS示范項目并完成168小時運行測試，成為我國規(guī)模最大的電廠煙氣CCUS裝置。目前，國家能源集團還正在建設泰州電廠50萬噸/年電廠煙氣CCUS示范項目，預計2023年投產(chǎn)。此外，中石化、華能集團等企業(yè)也開展了大量研究與示范工作。但總體來看，我國在技術開發(fā)、產(chǎn)業(yè)示范和政策支持力度上與國際先進水平還存在一定差距。

前面講到，我國的碳捕集技術以溶劑法為主，但成本偏高，大范圍的推廣還不具有經(jīng)濟性;吸附法技術相當一部分還停留在實驗室階段，規(guī)模化的示范還不夠;二氧化碳的利用也缺乏低成本、規(guī)模匹配的技術。在產(chǎn)業(yè)示范方面，根據(jù)全球碳捕集與封存研究院統(tǒng)計，截至2021年9月，我國運行、在建以及規(guī)劃中的商業(yè)化CCUS設施有5個，總捕集規(guī)模約為250萬噸/年。同期，全球運行、在建以及規(guī)劃中的設施有135個，總捕集規(guī)模接近1.5億噸/年，其中運行規(guī)模為3660萬噸/年。從規(guī)模上看，我國占比不足2%，應用示范力度存在較大差距，特別是尚未建成百萬噸級全流程集成示范。與此同時，美國在建和運行中的百萬噸級以上的商業(yè)化全流程集成運營設施有5個，加拿大有3個，多個國家還在規(guī)劃建設CCUS產(chǎn)業(yè)集群，我國尚未有相關規(guī)劃出臺。此外，國外已經(jīng)有從空氣中直接捕集二氧化碳的示范，歐洲已經(jīng)建成小規(guī)模的空氣除碳工廠，美國正在建設百萬噸級二氧化碳去除設施，中國在這方面的示范還沒有起步。在政策方面，2011年以來，國家陸續(xù)出臺了一系列政策，重視與支持CCUS減排和示范應用，但政策激勵力度與效果還有待加強。相比之下，美國2018年修訂后的45Q政策，對采用咸水層封存和提高石油采收率的CCUS項目，分別給予50美元和35美元/噸二氧化碳的補貼，極大地提升了企業(yè)開展相關項目的積極性，美國進入規(guī)劃階段的項目數(shù)量已接近50個。

二氧化碳捕集試驗系統(tǒng)

《經(jīng)濟》：發(fā)展二氧化碳捕集、利用與封存技術，對于我國實現(xiàn)碳中和目標的必要性有哪些？

衛(wèi)昶：首先，隨著碳中和戰(zhàn)略的不斷推進，能源利用效率將逐步逼近極限，太陽能、風能等主要可再生能源的間歇性局限將逐步顯現(xiàn)，森林、草原等自然碳匯的增加十分緩慢，出于能源安全和電網(wǎng)穩(wěn)定性的考慮，化石能源比重勢必逐步下降但仍將維持一定比例，這部分化石能源需要依靠CCUS來實現(xiàn)碳移除。此外，水泥、鋼鐵、化工等工業(yè)過程存在的剛性碳排放也可以通過該技術實現(xiàn)碳中和。據(jù)IEA預測，在巴黎協(xié)定2℃溫升情景下，全球范圍內CCUS的減排貢獻約為14%。由于我國的能源稟賦與世界平均水平存在較大差異，CCUS對于我國的減排貢獻可能更大。因此，開發(fā)CCUS這樣的末端脫碳技術對實現(xiàn)碳中和目標至關重要。

其次，該技術可以避免大量高碳能源資產(chǎn)擱淺。由于歷史發(fā)展的原因，我國目前擁有大量的高碳能源存量資產(chǎn)，這些資產(chǎn)在碳中和戰(zhàn)略推進過程中存在被動擱置風險。以火電為例，我國有40%以上、約5億千瓦火電機組的年齡不超過10年，涉及資產(chǎn)總額數(shù)萬億元。CCUS技術的成熟和應用有望避免大規(guī)模的火電關停及其次生效應。

再者，CCUS技術有望引領世界綠色能源技術競爭。CCUS技術是最有希望幫助高碳能源實現(xiàn)低碳轉型的技術。配備CCUS的化石能源從本質上講也是綠色能源。低成本大規(guī)模的CCUS應用既是對光伏、風電等可再生能源的補充，又是在綠色能源層面的直接競爭，因此CCUS的技術突破和產(chǎn)業(yè)發(fā)展至關重要。美國、歐洲、日本等主要發(fā)達國家均大量投資CCUS技術研發(fā)與示范，希望探索出經(jīng)濟可行的化石能源的綠色應用之路。中國發(fā)展CCUS技術，推動CCUS產(chǎn)業(yè)將有利于我國在新一輪綠色技術競爭和全球氣候合作中掌握更大的主動權和話語權。

《經(jīng)濟》：為了更好地發(fā)揮其作用，未來，我們應該如何完善和推進這一技術的發(fā)展？

衛(wèi)昶：CCUS要為實現(xiàn)我國碳中和目標發(fā)揮應有的作用，需要從技術、政策和產(chǎn)業(yè)三個方面共同推動。

技術層面，大力推進核心技術研發(fā)與工程示范。一要加快推進百萬噸級項目示范。未來5年—10年是我國CCUS技術發(fā)展的黃金時期，要充分發(fā)揮大型能源企業(yè)的作用，對于相對成熟的技術，要有序推進驅油、枯竭油氣田封存和咸水層封存等多條技術路線示范，全面掌握大規(guī)模CCUS核心裝備制造、系統(tǒng)集成和運行控制成套技術。二要聚焦推動核心技術升級。聯(lián)合優(yōu)勢技術團隊協(xié)同創(chuàng)新，重點攻關低能耗溶劑捕集、吸附捕集、膜法捕集、大宗化工利用、封存選址、安全監(jiān)測等核心技術，持續(xù)降低CCUS技術的能耗和投資成本，提高可靠性和安全性。三要積極布局基礎前沿研究。開展直接空氣捕集、人工光合作用、封存礦化、煤氣化一體化燃料電池發(fā)電等基礎研究，推動相關領域的原始創(chuàng)新。四要鼓勵優(yōu)秀青年科研人才投身CCUS研究領域，打造一流的技術團隊，同時加大力度推動CCUS技術創(chuàng)新的國際合作。

政策層面，加快出臺激勵與配套政策。一是研究出臺CCUS減排項目補貼政策。綜合研究直接稅收抵扣、發(fā)電小時數(shù)獎勵、碳排放配額獎勵等措施，出臺力度合理的補貼政策，利用市場機制鼓勵高碳能源企業(yè)積極實施CCUS碳減排項目。二是研究建立減排效益分享機制。綜合運用行政和立法手段，明確以火電為代表的碳排放企業(yè)和以油氣田為代表的碳封存優(yōu)質資源占有企業(yè)，在聯(lián)合實施碳封存減排項目時的效益分享機制，促進源匯匹配合作。三是研究完善配套政策。完善CCUS項目環(huán)境影響評價和審批等制度，制定長期風險分擔機制，將CCUS項目納入綠色金融支持范圍，消除項目實施的非技術壁壘。

產(chǎn)業(yè)層面，著力培育CCUS新興業(yè)態(tài)。一是研究規(guī)劃區(qū)域性集約型基地?；谠磪R科學匹配，在全國范圍內規(guī)劃若干區(qū)域性CCUS基地，形成行業(yè)穩(wěn)定預期，引導產(chǎn)業(yè)有序發(fā)展。二是研究布局二氧化碳運輸基礎設施。二氧化碳運輸管道及其網(wǎng)絡是實施大規(guī)模CCUS應用的關鍵基礎設施，其規(guī)劃建設對形成CCUS產(chǎn)業(yè)具有長遠意義。三是積極扶持生態(tài)鏈企業(yè)。CCUS有望形成千億元至萬億元規(guī)模的市場，這一行業(yè)必將誕生許多新興企業(yè)。可以充分運用資本、市場等手段，積極扶持相關企業(yè)的發(fā)展，使其在助力實現(xiàn)碳中和目標的同時，形成新的經(jīng)濟增長動能。

最后我要強調，頂層設計、技術創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)培育是推動CCUS發(fā)展的最重要因素，三管齊下才能真正實現(xiàn)低成本規(guī)模化的CCUS應用。此外，CCUS是實現(xiàn)碳中和的重要途徑，但不是唯一途徑，在關注CCUS的同時，也要大力推動風電、太陽能等可再生能源的發(fā)展和氫能、儲能等關聯(lián)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

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