CCUS的機(jī)遇與挑戰(zhàn)

劉彥華

CCUS（二氧化碳捕集、利用與封存）是化石能源未來(lái)大規(guī)模減排的關(guān)鍵技術(shù)，也是未來(lái)我們國(guó)家實(shí)現(xiàn)碳中和的托底技術(shù)。據(jù)科技部社會(huì)發(fā)展科技司數(shù)據(jù)，到2050年，我國(guó)CCUS年產(chǎn)值將超過(guò)3300億元。

時(shí)隔不足10個(gè)月，我國(guó)CCUS（二氧化碳捕集、利用與封存）項(xiàng)目規(guī)模再次躍升。

繼2022年1月底我國(guó)首個(gè)百萬(wàn)噸級(jí)CCUS項(xiàng)目——齊魯石化-勝利油田CCUS項(xiàng)目全面建成后，11月4日，殼牌與中國(guó)石化、中國(guó)寶武以及巴斯夫在上海簽署合作諒解備忘錄，四方將開(kāi)展合作研究，共同探索在華東地區(qū)建設(shè)開(kāi)放式千萬(wàn)噸級(jí)CCUS項(xiàng)目的可行性。

我們國(guó)家是以煤為主或者以化石燃料為主的能源格局，這深刻影響了未來(lái)碳中和的路徑。CCUS是指將燃燒煤、天然氣、石油或木材以及工業(yè)過(guò)程中排放的二氧化碳捕獲，然后，將其安全永久地封存在地下，或回收利用，以制造有用的材料，是化石能源未來(lái)大規(guī)模減排的關(guān)鍵技術(shù)，也是未來(lái)我們國(guó)家實(shí)現(xiàn)碳中和的托底技術(shù)。國(guó)際能源組織研究認(rèn)為，全球要實(shí)現(xiàn)近零排放或者碳中和，CCUS二氧化碳捕集、利用和封存要占到15%～30%。而據(jù)《中國(guó)二氧化碳捕集利用與封存（CCUS）年度報(bào)告（2021）――中國(guó)CCUS路徑研究》顯示，從實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)的減排需求來(lái)看，依照現(xiàn)在的技術(shù)發(fā)展預(yù)測(cè)，2050年和2060年，我國(guó)需要通過(guò)CCUS技術(shù)實(shí)現(xiàn)的減排量分別為6～14億噸和10～18億噸二氧化碳。

潛力巨大，大有可為

作為具有大規(guī)模減排潛力的技術(shù)，CCUS對(duì)于助力我國(guó)碳中和目標(biāo)落實(shí)的作用不容小覷，尤其是在我們暫時(shí)還無(wú)法擺脫對(duì)傳統(tǒng)化石能源依賴的情況下，發(fā)展CCUS技術(shù)和產(chǎn)業(yè)顯得尤為重要。

有數(shù)據(jù)顯示，碳基能源依然是我國(guó)能源結(jié)構(gòu)的主體，2021年煤炭消費(fèi)占一次能源消費(fèi)總量的比重為56.0%，石油占18.5%，天然氣占8.9%，三者合計(jì)占比83.4%，能源結(jié)構(gòu)亟需轉(zhuǎn)型優(yōu)化。同時(shí)，我國(guó)仍處于工業(yè)化和城鎮(zhèn)化的進(jìn)程中，鋼鐵、化工、水泥等制造業(yè)占GDP比重較高，單位GDP能耗強(qiáng)度為世界平均水平的1.4倍，發(fā)達(dá)國(guó)家的2～3倍，實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，我們需要付出更多努力。

作為碳中和必不可少的一種手段，CCUS在我國(guó)大有可為。碳捕集環(huán)節(jié)，我國(guó)已經(jīng)形成針對(duì)不同濃度排放源的捕集技術(shù)，并在煤電、石化、水泥、鋼鐵等行業(yè)展開(kāi)示范應(yīng)用。碳運(yùn)輸環(huán)節(jié)，我國(guó)罐車和船舶運(yùn)輸技術(shù)都已開(kāi)展商業(yè)應(yīng)用，而輸送潛力最大的管道運(yùn)輸技術(shù)也已開(kāi)展相關(guān)示范。碳利用與封存方面，我國(guó)現(xiàn)階段主要以地質(zhì)利用為主，化工利用和生物利用相對(duì)較少，主要是將二氧化碳注入地下，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化能源生產(chǎn)、提高石油、天然氣等能源的采收率。碳封存方面，我國(guó)地質(zhì)封存潛力巨大，約為1.21～4.13?萬(wàn)億噸，其中，通過(guò)二氧化碳強(qiáng)化石油開(kāi)采技術(shù)可以封存約51億噸，利用枯竭氣藏可以封存約153億噸，通過(guò)二氧化碳強(qiáng)化天然氣開(kāi)采技術(shù)可以封存約90億噸，深部咸水層的二氧化碳封存容量約24200?億噸。

政策驅(qū)動(dòng)，風(fēng)口已來(lái)

嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，CCUS并不是一個(gè)新鮮事物，早在上世紀(jì)70、80年代，美國(guó)就在德克薩斯州將二氧化碳注入油田，在提高石油采收率的同時(shí)，也實(shí)現(xiàn)了部分二氧化碳的封存。

后來(lái)，隨著國(guó)際社會(huì)應(yīng)對(duì)氣候變化和碳減排行動(dòng)計(jì)劃的開(kāi)展，各國(guó)紛紛加大了相關(guān)技術(shù)的研發(fā)力度。美國(guó)至今依然是該領(lǐng)域的領(lǐng)先者，2020年12月美國(guó)出臺(tái)的《2020能源法案》將CCUS的研發(fā)支持力度大幅提高，提出將在2021～2025年提供超60億美元的研發(fā)資金支持。2021年11月美國(guó)通過(guò)的《基礎(chǔ)設(shè)施投資法案》則提出，將提供近50億美元用于支持CO2運(yùn)輸和儲(chǔ)存基礎(chǔ)設(shè)施和場(chǎng)地的開(kāi)發(fā)和融資。歐盟多個(gè)研發(fā)資助計(jì)劃都在支持CCUS的研發(fā)和部署。其中，地平線歐洲計(jì)劃將在2021年和2022年分別提供3200萬(wàn)歐元和5800萬(wàn)歐元資金資助CCUS技術(shù)研發(fā)。日本將CCUS技術(shù)與氫能、可再生能源、儲(chǔ)能、核能等并列為該國(guó)實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)的關(guān)鍵技術(shù)，在《能源技術(shù)戰(zhàn)略路線圖》《國(guó)家能源新戰(zhàn)略》《第五期能源基本計(jì)劃》等政策規(guī)劃中均提出要加緊開(kāi)發(fā)CCUS相關(guān)技術(shù)。

我國(guó)CCUS技術(shù)研發(fā)起步較晚，但發(fā)展迅速。早期主要是個(gè)別石化企業(yè)小規(guī)模的化工分離提純利用以及二氧化碳提高采收率室內(nèi)研究和單井的吞吐試驗(yàn)。2007年國(guó)家科技部、國(guó)家發(fā)展改革委、外交部等14部委聯(lián)合發(fā)布的《中國(guó)應(yīng)對(duì)氣候變化科技專項(xiàng)行動(dòng)》中明確提出了“依靠科技進(jìn)步和科技創(chuàng)新”的原則，并強(qiáng)調(diào)要“大力發(fā)展新能源、可再生能源技術(shù)和節(jié)能新技術(shù)，促進(jìn)碳吸收技術(shù)和各種適應(yīng)性技術(shù)的發(fā)展”。以中國(guó)石化為代表的一批企業(yè)開(kāi)始加快部署碳捕集和油田驅(qū)油利用技術(shù)研究與試驗(yàn)項(xiàng)目。

近兩年，“雙碳”目標(biāo)的提出，給CCUS在我國(guó)的發(fā)展帶來(lái)了新的機(jī)遇。2021年2月2日，《國(guó)務(wù)院關(guān)于加快建立健全綠色低碳循環(huán)發(fā)展經(jīng)濟(jì)體系的指導(dǎo)意見(jiàn)》提出要開(kāi)展二氧化碳捕集、利用和封存試驗(yàn)示范。同年3月13日，《中華人民共和國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》重磅發(fā)布，再次強(qiáng)調(diào)要開(kāi)展近零能耗建筑、近零碳排放、碳捕集利用與封存等重大項(xiàng)目示范。同年10月24日，《國(guó)務(wù)院關(guān)于印發(fā)2030年前碳達(dá)峰行動(dòng)方案的通知》中更是四次提及CCUS。據(jù)《小康》雜志、中國(guó)小康網(wǎng)記者不完全統(tǒng)計(jì)，近兩年，涉及CCUS的中央政策文件多達(dá)10余份。

政策有部署，企業(yè)有行動(dòng)。據(jù)《中國(guó)二氧化碳捕集利用與封存（CCUS）年度報(bào)告（2021）》顯示，我國(guó)已投運(yùn)和建設(shè)中的CCUS示范項(xiàng)目約40個(gè)，捕集能力300萬(wàn)噸/年，分布于19個(gè)省份，涉及電廠和水泥廠等純捕集項(xiàng)目以及CO2-EOR、CO2-ECBM、地浸采鈾、重整制備合成氣、微藻固定和咸水層封存等多樣化封存及利用項(xiàng)目。

辦法在技術(shù)之外

近年來(lái)，我國(guó)CCUS技術(shù)發(fā)展迅速，示范工程規(guī)模不斷擴(kuò)大，碳減排能力逐步增強(qiáng)，但總體上仍處在研發(fā)和示范階段，仍存在許多制約其發(fā)展的突出問(wèn)題，例如能耗和成本過(guò)高、可持續(xù)發(fā)展效益不顯著、長(zhǎng)期封存的安全性和可靠性等。

高昂成本是阻止我國(guó)大規(guī)模推廣CCUS技術(shù)的一大瓶頸。CCUS在實(shí)際操作的全流程過(guò)程中，各個(gè)環(huán)節(jié)均需要成本投入，一個(gè)CCUS項(xiàng)目的投資金額一般高達(dá)數(shù)億甚至數(shù)十億元。不過(guò)，據(jù)一位業(yè)內(nèi)人士反映，問(wèn)題的關(guān)鍵不在于技術(shù)，據(jù)其分析，隨著技術(shù)的日漸成熟、推廣和規(guī)模化應(yīng)用，單位成本自然會(huì)降低，但問(wèn)題在于我國(guó)目前尚未形成相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)激勵(lì)或補(bǔ)償機(jī)制，缺乏有效的跨企業(yè)協(xié)調(diào)合作，導(dǎo)致多數(shù)CCUS項(xiàng)目很難實(shí)現(xiàn)盈虧平衡，面臨較強(qiáng)的商業(yè)模式約束。

我國(guó)這種情況不是個(gè)例。澳大利亞能源經(jīng)濟(jì)與金融分析研究所（IEEFA）2022年9月份發(fā)布了一份名為《碳捕集關(guān)鍵——經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)》的報(bào)告，分析了全球13個(gè)旗艦碳捕獲與封存計(jì)劃的表現(xiàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)7個(gè)表現(xiàn)不佳，2個(gè)失敗，1個(gè)被擱置暫停，大多數(shù)項(xiàng)目捕獲的二氧化碳遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于預(yù)期，其中一些項(xiàng)目的二氧化碳捕獲量?jī)H為承諾的一半。導(dǎo)致表現(xiàn)不佳的原因同樣不是技術(shù)本身，而是缺乏相應(yīng)的市場(chǎng)激勵(lì)機(jī)制以及良好的監(jiān)管。

對(duì)此，業(yè)界已有一定探討探索。中國(guó)工程院院士、中國(guó)石化集團(tuán)原副總工程師李陽(yáng)呼吁，目前，我國(guó)CCUS技術(shù)已具備規(guī)?；瘧?yīng)用和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的基礎(chǔ)，要進(jìn)一步研究低成本捕集、大規(guī)模示范、產(chǎn)業(yè)集群、負(fù)排放技術(shù)及政策體系。西北大學(xué)組建了“碳儲(chǔ)科學(xué)與工程”“綠色低碳發(fā)展與治理”兩個(gè)交叉學(xué)科，編制了個(gè)性化、特色化的人才培養(yǎng)方案與課程，積極探索產(chǎn)教融合的發(fā)展路徑。另外，還有人希望加強(qiáng)碳市場(chǎng)與CCUS的聯(lián)動(dòng)，直言我國(guó)全國(guó)性碳市場(chǎng)亦剛剛起步，尚未與CCUS項(xiàng)目有效接軌，CCUS項(xiàng)目難以通過(guò)碳市場(chǎng)轉(zhuǎn)化價(jià)值。

不過(guò)，挑戰(zhàn)與機(jī)遇并存。據(jù)科技部社會(huì)發(fā)展科技司數(shù)據(jù)，到2050年，我國(guó)CCUS年產(chǎn)值將超過(guò)3300億元。