中國(guó)碳捕集、利用與封存技術(shù)發(fā)展與展望

賈子奕，劉卓，張力小，郝巖

（北京師范大學(xué)環(huán)境學(xué)院，北京 100875）

引言

人類活動(dòng)所引發(fā)的溫室氣體過(guò)量排放是導(dǎo)致全球氣候變化的決定性因素。作為世界上最大的溫室氣體排放國(guó)家，我國(guó)在溫室氣體減排方面有著巨大的潛力與壓力。2020 年9 月22 日，國(guó)家主席習(xí)近平在第七十五屆聯(lián)合國(guó)大會(huì)一般性辯論上提出：“中國(guó)將提高國(guó)家自主貢獻(xiàn)力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭(zhēng)于2030 年前達(dá)到峰值，努力爭(zhēng)取2060 年前實(shí)現(xiàn)碳中和?！薄半p碳”目標(biāo)是我國(guó)的重大戰(zhàn)略決策，也是落實(shí)《巴黎協(xié)定》的積極舉措，其不僅體現(xiàn)了我國(guó)二氧化碳減排的決心，同時(shí)也展現(xiàn)出了中國(guó)積極參與應(yīng)對(duì)全球氣候變化的大國(guó)擔(dān)當(dāng)。

實(shí)現(xiàn)碳中和意味著社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)引起的碳排放與自然碳匯和負(fù)碳技術(shù)（Negative Emission Technologies，NETs）吸收的二氧化碳等溫室氣體的總量相等，因此NETs 是我國(guó)實(shí)現(xiàn)碳中和的重要關(guān)鍵性技術(shù)?，F(xiàn)有的NETs主要包括傳統(tǒng)的二氧化碳捕集、利用與封存，生物質(zhì)能碳捕集與封存（Bioenergy with Carbon Capture and Storage，BECCS）和直接空氣碳捕集與封存（Direct Air Carbon Capture with Storage，DACCS）等。

CCUS 技術(shù)是原有碳捕集和封存（Carbon Capture and Storage，CCS）技術(shù)發(fā)展的新趨勢(shì)，被認(rèn)為是未來(lái)減少溫室氣體排放、解決全球氣候變化的重要手段。CCS 是指將CO2從煙氣當(dāng)中分離出來(lái)，經(jīng)富集、壓縮后，運(yùn)輸至特定儲(chǔ)存地點(diǎn)封存的減排技術(shù)。CCS主要由三個(gè)環(huán)節(jié)構(gòu)成，即碳的捕獲、運(yùn)輸與儲(chǔ)存，該技術(shù)可以有效地減少火電、化工等工業(yè)源的CO2排放量，是實(shí)現(xiàn)低碳可持續(xù)發(fā)展的重要技術(shù)。而從經(jīng)濟(jì)角度來(lái)看，使用CCS 技術(shù)對(duì)CO2進(jìn)行捕集及封存會(huì)產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)損失[1]，若能將封存的CO2作為資源加以利用，則可在提升環(huán)境效益的同時(shí)兼顧經(jīng)濟(jì)效益。CCUS技術(shù)與CCS技術(shù)相比，增加了碳利用這一環(huán)節(jié)，將其用于食品加工、工業(yè)生產(chǎn)、驅(qū)油等領(lǐng)域，可降低減排過(guò)程所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)損失。隨著對(duì)碳捕集技術(shù)認(rèn)識(shí)的不斷深入，目前在CCS 的基礎(chǔ)上增加“utilization”這一理念已獲得了國(guó)際上的普遍認(rèn)同。

1 CCUS 主要技術(shù)環(huán)節(jié)

1.1 二氧化碳捕集技術(shù)

CO2捕集技術(shù)可分離并富集電力、鋼鐵、水泥等行業(yè)生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中所產(chǎn)生的CO2，根據(jù)分離過(guò)程的不同可分為燃燒后捕集、燃燒前捕集以及富氧燃燒捕集三種方式。CO2捕集是CCUS 系統(tǒng)中能耗與成本產(chǎn)生最高的環(huán)節(jié)，捕集部分的成本占總成本的三分之二甚至更多，提高捕集效率、降低捕集成本是目前碳捕集技術(shù)的主要研發(fā)方向[2]。

由于燃燒后捕集技術(shù)流程相對(duì)簡(jiǎn)單、發(fā)展相對(duì)成熟，因此應(yīng)用最為廣泛，可適用于大部分燃煤電廠、鋼鐵廠、水泥廠等老舊工廠的低碳改造。目前，國(guó)內(nèi)已建成數(shù)十套萬(wàn)噸級(jí)燃燒后碳捕集裝置，國(guó)家能源集團(tuán)國(guó)華錦界電廠15 萬(wàn)t/a CO2捕集與封存全流程示范項(xiàng)目是目前國(guó)內(nèi)已運(yùn)行的燃煤電廠燃燒后捕集與封存項(xiàng)目中規(guī)模最大的。該項(xiàng)目于2019 年11 月開工建設(shè)，2021 年1 月完工，運(yùn)行后生產(chǎn)出純度99.5%的工業(yè)級(jí)液態(tài)CO2產(chǎn)品，成功實(shí)現(xiàn)了燃煤電廠煙氣中CO2的大規(guī)模捕集。

燃燒前捕集技術(shù)相對(duì)復(fù)雜，主要適用于整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)（Integrated Gasification Combined Cycle，IGCC）以及部分化工過(guò)程。由于燃燒前捕集技術(shù)的系統(tǒng)小、能耗低、捕集效率高，近年來(lái)備受關(guān)注，發(fā)展迅速[3]。IGCC 是較為典型的可以進(jìn)行燃燒前捕集的系統(tǒng)，其工藝流程主要包括變換系統(tǒng)、脫碳系統(tǒng)與脫硫系統(tǒng)[4]。目前，我國(guó)有兩套IGCC 設(shè)施，華能集團(tuán)天津綠色煤電IGCC 煤氣化發(fā)電是中國(guó)第一座自主設(shè)計(jì)建造的IGCC 電廠，帶有CO2捕集的400MW 示范工程于2016 年建成，捕集能力為10 萬(wàn)t/a。連云港清潔能源動(dòng)力系統(tǒng)研究設(shè)施投運(yùn)于2011 年，采用400MW 先進(jìn)IGCC 超清潔發(fā)電，并已建設(shè)完成了3 萬(wàn)t/a 的CO2捕集示范項(xiàng)目。

富氧燃燒技術(shù)是指將煤粉與鍋爐內(nèi)高濃度的O2與CO2混合氣體燃燒，又稱空氣分離/煙氣再循環(huán)燃燒技術(shù)[5]。通過(guò)不斷地循環(huán)與富集，煙氣中CO2濃度不斷升高[6]，高濃度的CO2更易進(jìn)行壓縮與分離處理。該方法具有成本低、易規(guī)?；葍?yōu)點(diǎn)，但投資和運(yùn)行成本較高。自1995 年開始，華中科技大學(xué)就進(jìn)行了富氧燃燒的實(shí)驗(yàn)室微型實(shí)驗(yàn)，按照其發(fā)展規(guī)劃和放大路線（0.3MW→3MW→35MW→200MW→600MW），現(xiàn)階段已經(jīng)完成了200MW 煤粉富氧燃燒大型示范可行性研究，開展了35MW 超臨界富氧燃燒系統(tǒng)的集成優(yōu)化分析，同時(shí)建成了10 萬(wàn)t/a CO2捕集裝置。

1.2 二氧化碳運(yùn)輸

CO2運(yùn)輸是指將捕集的CO2運(yùn)送到利用或封存地的過(guò)程，有管道、船舶和罐車等方式，在大規(guī)模運(yùn)輸過(guò)程中，流體態(tài)的CO2更便于運(yùn)輸[7]。表1 對(duì)比了CO2輸送方式的優(yōu)缺點(diǎn)，其中CO2陸地管道輸送是目前最具應(yīng)用潛力和經(jīng)濟(jì)性的運(yùn)輸方式，且隨著管道運(yùn)輸容量的增加，運(yùn)輸成本逐漸下降[8]，現(xiàn)階段國(guó)際上已有大量CO2管道輸送的工程實(shí)踐。

表1 二氧化碳運(yùn)輸方式比較

目前，我國(guó)的CO2陸路車載運(yùn)輸和內(nèi)陸船舶運(yùn)輸技術(shù)已成熟，可達(dá)到商業(yè)化應(yīng)用階段，主要應(yīng)用于規(guī)模10 萬(wàn)t/a 以下的CO2輸送。陸地管道運(yùn)輸尚處于中試階段，現(xiàn)階段已完成100 萬(wàn)t/a 輸送能力管道的初步設(shè)計(jì)。由于海底管道運(yùn)輸成本高，且海上封存場(chǎng)地較少，該技術(shù)尚處于研究階段。

1.3 二氧化碳利用與封存

CO2的利用與封存可大致分為地質(zhì)利用與封存、化工利用、生物利用等，是CCUS流程中的重要環(huán)節(jié)，是消納CO2的關(guān)鍵步驟。

CO2地質(zhì)利用與封存是將CO2注入地下，強(qiáng)化能源開采過(guò)程，并將CO2儲(chǔ)存于地質(zhì)結(jié)構(gòu)中，實(shí)現(xiàn)與大氣長(zhǎng)期隔絕的一種技術(shù)。目前，常用的有二氧化碳提高石油采收率（CO2Enhance Oil Recovery，CO2-EOR）、二氧化碳驅(qū)替煤層氣（CO2Enhance Coalbed Methane Recovery，CO2-ECBM）、二氧化碳咸水封存（CO2Saline Aquifer Storage）技術(shù)等。該技術(shù)使用時(shí)要充分考慮場(chǎng)地的適應(yīng)性與安全性，并根據(jù)源匯匹配的原則，對(duì)CCUS 項(xiàng)目成本進(jìn)行全流程分析，通過(guò)成本優(yōu)化得到較優(yōu)的源匯組合序列，以尋找成本最優(yōu)的封存場(chǎng)地[9,10]。

CO2化工利用主要就是以CO2為化工原料，將CO2和共反應(yīng)物轉(zhuǎn)化成目標(biāo)產(chǎn)物的一種技術(shù)方法。CO2轉(zhuǎn)化成的產(chǎn)品可大致分為通過(guò)還原作用生成C-H鍵構(gòu)成的燃料產(chǎn)品，以及通過(guò)羧化作用生成C-O、C-C、C-N 鍵構(gòu)成的化工原料[11]。按照產(chǎn)品類型進(jìn)行分類，可分為合成能源化學(xué)品、高附加值化學(xué)品及材料三大類。該方法可實(shí)現(xiàn)CO2的資源化利用，并進(jìn)一步推動(dòng)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)。

CO2生物利用就是將CO2用于生物質(zhì)合成，通過(guò)生物轉(zhuǎn)化的方式實(shí)現(xiàn)CO2的資源化利用。生物利用技術(shù)的產(chǎn)品包括食品飼料、生物肥料、化學(xué)品、生物燃料和氣肥等，其附加值較高，經(jīng)濟(jì)效益較好。目前我國(guó)大多數(shù)的生物利用技術(shù)都處于研發(fā)或小規(guī)模示范階段，主要集中于微藻固定和氣肥利用兩方面，現(xiàn)已開展20t/a 微藻固定煤化工煙氣項(xiàng)目[12]。

2 我國(guó)CCUS 技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

我國(guó)的CCUS 研究起步較晚，但近年來(lái)在國(guó)家政策支持及政府與企業(yè)的共同努力下，CCUS 技術(shù)不斷發(fā)展，試驗(yàn)示范工程的建設(shè)正在穩(wěn)步推進(jìn)。

2.1 CCUS 技術(shù)研發(fā)與示范的引導(dǎo)及政策支持

在2006 年國(guó)務(wù)院發(fā)布的《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006—2020 年）》中，我國(guó)首次提出開發(fā)高效、清潔和二氧化碳近零排放的化石能源開發(fā)利用技術(shù)。2007 年發(fā)布的《中國(guó)應(yīng)對(duì)氣候變化科技專項(xiàng)行動(dòng)》將“二氧化碳捕集、利用與封存技術(shù)”列為重點(diǎn)支持、集中攻關(guān)和示范的重點(diǎn)技術(shù)領(lǐng)域。此后，國(guó)務(wù)院、科技部等多個(gè)部委發(fā)布相關(guān)政策文件（表2），系統(tǒng)地評(píng)估了我國(guó)CCUS 技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與潛力，以及CCUS 技術(shù)發(fā)展所面臨的問(wèn)題與挑戰(zhàn)，提出CCUS 技術(shù)的發(fā)展目標(biāo)。

表2 我國(guó)CCUS政策文件匯總

科技部通過(guò)實(shí)施973 計(jì)劃、863 計(jì)劃、科技支撐計(jì)劃和國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等，促進(jìn)CCUS技術(shù)的研發(fā)，建立了“燃煤煙氣CCUS 關(guān)鍵技術(shù)”“實(shí)現(xiàn)氧燃燒富集CO2的新理念與新方法”“CO2地質(zhì)封存關(guān)鍵技術(shù)”等CCUS 全流程關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)與創(chuàng)新項(xiàng)目，開展了CCUS 全流程先導(dǎo)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。通過(guò)項(xiàng)目推動(dòng)技術(shù)進(jìn)步與技術(shù)創(chuàng)新，不斷擴(kuò)大規(guī)模、降低成本，注重成果轉(zhuǎn)化，持續(xù)推動(dòng)CCUS 技術(shù)在中國(guó)的發(fā)展。并在推進(jìn)國(guó)內(nèi)CCUS 產(chǎn)業(yè)發(fā)展的同時(shí)，積極參與國(guó)際合作與技術(shù)交流，我國(guó)先后與國(guó)際能源署（IEA）、碳收集領(lǐng)導(dǎo)人論壇（CSLF）、全球碳捕集與封存研究院（GCCSI）等多個(gè)國(guó)際組織開展了廣泛合作，積極參與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的制定，并與歐盟、美國(guó)、澳大利亞等國(guó)家和地區(qū)開展了多層次的雙、多邊科技合作，總結(jié)先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，吸取經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。

2.2 中國(guó)CCUS 示范項(xiàng)目基本情況

我國(guó)現(xiàn)有處于不同實(shí)施階段的CCUS 項(xiàng)目約40個(gè)，涉及電廠、水泥廠等多種捕集源，多以小規(guī)模驅(qū)油捕集的示范項(xiàng)目為主[12]。全球碳捕集與封存研究院2020 年的報(bào)告顯示，目前世界大型商業(yè)碳捕集與封存項(xiàng)目（工業(yè)碳源捕集能力≥40 萬(wàn)t/a；發(fā)電站碳源捕集能力≥80 萬(wàn)t/a）有65 個(gè)，其中26 個(gè)正在運(yùn)行[13]；中石化中原油田CCS 項(xiàng)目與中石油吉林油田CO2-EOR 項(xiàng)目是其中2 個(gè)正在運(yùn)行的大型CCUS 項(xiàng)目。近幾年我國(guó)CCUS 示范工程快速發(fā)展，已實(shí)現(xiàn)15 萬(wàn)t 級(jí)火電CCUS 示范工程的運(yùn)行，目前正在建設(shè)50 萬(wàn)t/a泰州電廠CCUS 項(xiàng)目，2022 年8 月中國(guó)首個(gè)百萬(wàn)噸級(jí)“齊魯石化—?jiǎng)倮吞铩盋CUS 項(xiàng)目正式注氣運(yùn)行。由此可見(jiàn)，我國(guó)捕集源與封存類型多樣化，且已具備建造大規(guī)模CCUS 設(shè)施的能力。

3 CCUS 技術(shù)發(fā)展的必要性

在不斷向“凈零排放”目標(biāo)努力的過(guò)程中，CCUS 技術(shù)發(fā)揮了不可或缺的作用。IEA 的報(bào)告顯示，在未來(lái)的五十年內(nèi)通過(guò)使用CCUS 技術(shù)改造現(xiàn)有的發(fā)電廠和工廠，可減排6000 億t CO2，相當(dāng)于目前年排放量的17 倍[14]。該技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用不僅可以大幅度降低能源系統(tǒng)的碳排放，還能幫助難減排行業(yè)實(shí)現(xiàn)深度脫碳。據(jù)預(yù)測(cè)，到2060 年我國(guó)仍有14 億t 左右CO2排放需要通過(guò)CCUS 技術(shù)進(jìn)行消解。

3.1 解決能源系統(tǒng)碳排放問(wèn)題

從能源系統(tǒng)的角度來(lái)看，我國(guó)能源消耗總量大，排入大氣中的CO2有80% 來(lái)自煤炭的燃燒[15]。能源生產(chǎn)消費(fèi)格局具有“一次能源以煤炭為主，二次能源以煤電為主”的特征，并且在短期內(nèi)以煤炭為主的能源結(jié)構(gòu)不會(huì)發(fā)生改變。

燃煤電廠是目前我國(guó)電力供應(yīng)的主力，也承擔(dān)著保障電力系統(tǒng)安全的重要角色?！吨袊?guó)能源大數(shù)據(jù)報(bào)告（2021）》顯示，2020 年我國(guó)發(fā)電量為77 790.6億kW·h，同比增長(zhǎng)3.7%，其中火電發(fā)電量占比68.5%。長(zhǎng)期以來(lái)我國(guó)電力裝機(jī)容量和發(fā)電量均居世界第一[9]，CO2總排放量的三分之一均來(lái)自電力行業(yè)[16]。與此同時(shí)，我國(guó)部分現(xiàn)役機(jī)組為近些年投入使用[17]，為避免火電資產(chǎn)提前停止使用所帶來(lái)的資源浪費(fèi)，火電與CCUS 技術(shù)結(jié)合是具有競(jìng)爭(zhēng)力的重要技術(shù)手段，是我國(guó)電力系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)快速減排的首選方向。

根據(jù)電力行業(yè)發(fā)展規(guī)劃，未來(lái)我國(guó)電力結(jié)構(gòu)中可再生能源的占比會(huì)顯著增加，風(fēng)能、太陽(yáng)能等非化石電力將成為主要的來(lái)源。但考慮到當(dāng)前電力系統(tǒng)更具有靈活性與穩(wěn)定性，未來(lái)能源系統(tǒng)中仍會(huì)保留部分煤電、氣電等化石能源，CCUS 是其達(dá)到凈零排放的必要技術(shù)。

3.2 針對(duì)難減行業(yè)進(jìn)行碳減排

從行業(yè)上看，化工、鋼鐵和水泥三大重工業(yè)占工業(yè)能源使用量的一半以上，占工業(yè)直接CO2排放量的70%左右[14]。其中，鋼鐵行業(yè)大約產(chǎn)生了全球7%的CO2排放量，水泥制造過(guò)程中排放的CO2占全球固定源CO2排放總量的5%[18]。工業(yè)源CO2的排放往往伴隨著產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程，例如水泥生產(chǎn)中65%的碳排放都在石灰石轉(zhuǎn)化為生石灰的過(guò)程中[13]。這些工業(yè)過(guò)程伴隨有CO2排放的化學(xué)反應(yīng)，卻是產(chǎn)品制造中不可或缺的一部分。因此，鋼鐵、水泥等難減行業(yè)依靠能源替代等方法無(wú)法實(shí)現(xiàn)完全脫碳，需要CCUS 技術(shù)進(jìn)行末端處理加以去除。

我國(guó)鋼鐵產(chǎn)能巨大，2020 年我國(guó)粗鋼產(chǎn)量10.5億t，占全世界總產(chǎn)量的56%，排放CO2約19 億t，是我國(guó)僅次于電力的第二大碳排放行業(yè)。我國(guó)的水泥產(chǎn)能、品種和消費(fèi)量也高居世界首位，2020 年水泥年產(chǎn)量達(dá)到23.77 億t，占世界年總產(chǎn)量的60%左右。根據(jù)我國(guó)的各行業(yè)CCUS 碳減排需求潛力的預(yù)測(cè)，到2060 年我國(guó)鋼鐵行業(yè)、水泥行業(yè)依靠CCUS 技術(shù)減排的需求量，可分別達(dá)到0.9億～1.1億t/a和1.9億～2.1億t/a[12]。使用CCUS 對(duì)難減排行業(yè)進(jìn)行深度脫碳，是我國(guó)實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的重要技術(shù)方案。

4 CCUS 技術(shù)應(yīng)用推廣面臨的挑戰(zhàn)

4.1 經(jīng)濟(jì)成本

高經(jīng)濟(jì)成本是制約CCUS 發(fā)展的主要因素，在我國(guó)CCUS 全流程成本可達(dá)到300～400 元/t CO2[12]，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于我國(guó)碳市場(chǎng)的交易均價(jià)40～60 元/t。對(duì)企業(yè)來(lái)說(shuō)，在投資改進(jìn)后只有環(huán)境效益的提升而無(wú)法獲得相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)收益，這與其運(yùn)行發(fā)展所追求的經(jīng)濟(jì)利益相違背，嚴(yán)重影響了企業(yè)開展CCUS 應(yīng)用項(xiàng)目的積極性。

技術(shù)進(jìn)步是降低CCUS 成本的關(guān)鍵[19]，CCUS 技術(shù)成本主要集中于捕集環(huán)節(jié)，約占總成本的70%～80%。目前我國(guó)的第一代捕集技術(shù)已經(jīng)基本成熟，第二代捕集技術(shù)還處于研究當(dāng)中，其在能耗與成本方面與一代相比可降低30%以上[20]，能大幅度提升CCUS的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性?，F(xiàn)階段應(yīng)平穩(wěn)推進(jìn)捕集技術(shù)向二代捕集技術(shù)的過(guò)度，以更低的成本推進(jìn)CCUS 技術(shù)的經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展。

4.2 環(huán)境影響與環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)

CCUS 所帶來(lái)的環(huán)境影響與環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)主要包括兩個(gè)方面：一方面是CCUS 工藝過(guò)程中產(chǎn)生的，如在捕集過(guò)程中吸收劑的逃逸、運(yùn)輸或封存過(guò)程中CO2的泄漏等，會(huì)對(duì)周邊環(huán)境產(chǎn)生影響。另外雖然CO2是無(wú)毒的，但如果高濃度暴露在環(huán)境中對(duì)人體也具有危害性。特別是在復(fù)雜地形儲(chǔ)存CO2時(shí)，CO2濃度、地下水成分、接觸時(shí)間等因素都會(huì)影響存儲(chǔ)的穩(wěn)定性，使其存在一定的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)[21]。另一方面，CCUS 的環(huán)境效益為溫室氣體的減排，但在該過(guò)程中還需投入額外的能源、化學(xué)品和基礎(chǔ)設(shè)施等，帶來(lái)新的污染物排放[22,23]。例如，吸收劑降解產(chǎn)生的固體廢物、額外增加的能耗所帶來(lái)的排放[24,25]等等，使得該技術(shù)的環(huán)境影響產(chǎn)生不確定性。

針對(duì)CCUS 環(huán)境影響與風(fēng)險(xiǎn)的不確定性，應(yīng)充分理解該過(guò)程的作用機(jī)理，提升技術(shù)的可行性與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的有效性；針對(duì)CCUS 進(jìn)行全過(guò)程的環(huán)境監(jiān)測(cè)、風(fēng)險(xiǎn)防控，建立標(biāo)準(zhǔn)體系和監(jiān)管框架，以促進(jìn)CCUS 的大規(guī)模應(yīng)用。

4.3 市場(chǎng)與政策

CCUS 高成本的特點(diǎn)使企業(yè)不愿意開展相關(guān)的技術(shù)改造，目前國(guó)內(nèi)大多數(shù)的示范項(xiàng)目都是通過(guò)高比例的政府支持資金實(shí)施的。我國(guó)缺少相應(yīng)的政策獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制以及碳稅資金支持，碳市場(chǎng)也處于起步階段，導(dǎo)致CCUS 商業(yè)化基礎(chǔ)薄弱。

另外，我國(guó)尚未建立CCUS 專項(xiàng)法律法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)體系，企業(yè)參與CCUS 項(xiàng)目具有一定的風(fēng)險(xiǎn)性。CCUS 是一個(gè)集成性技術(shù)，項(xiàng)目的實(shí)施需要多個(gè)部門的參與，涉及能源生產(chǎn)及消費(fèi)的各個(gè)環(huán)節(jié)。如何明確責(zé)任、協(xié)調(diào)利益，直接影響到CCUS 的發(fā)展及企業(yè)響應(yīng)的積極性。目前很少有跨行業(yè)、多部門聯(lián)合的CCUS 運(yùn)營(yíng)案例，未來(lái)仍需要建立完備的法律和政策框架體系，以保證CCUS 項(xiàng)目的有效運(yùn)行。

5 CCUS 技術(shù)與重點(diǎn)行業(yè)結(jié)合的應(yīng)用展望

只有將捕集的CO2真正的封存或利用，才能最終實(shí)現(xiàn)碳減排。如何合理地處理捕集到的高濃度CO2，在控制風(fēng)險(xiǎn)的同時(shí)充分考慮其經(jīng)濟(jì)價(jià)值，是發(fā)展CCUS 技術(shù)的關(guān)鍵問(wèn)題。要解決這個(gè)問(wèn)題，首先應(yīng)找到技術(shù)—經(jīng)濟(jì)平衡點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)成本抵消，保證CCUS技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展。之后需進(jìn)一步找到具有更高經(jīng)濟(jì)效益的應(yīng)用模式，使CCUS 能夠產(chǎn)生額外的經(jīng)濟(jì)效益，減少政府補(bǔ)貼力度，實(shí)現(xiàn)政策扶持下的商業(yè)化運(yùn)行模式。

5.1 油氣行業(yè)CO2 地質(zhì)利用技術(shù)

利用CO2進(jìn)行油氣開采是現(xiàn)階段應(yīng)用最為廣泛的CO2利用技術(shù)。該技術(shù)具有較大的固碳潛力，可以在封存CO2的同時(shí)提高能源開采效率，并產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)效益以降低CCUS 的技術(shù)成本。特別是CO2-EOR技術(shù)，目前已廣泛應(yīng)用于美國(guó)、加拿大和部分歐洲國(guó)家。我國(guó)早期的CCUS 示范項(xiàng)目亦優(yōu)先采用高濃度排放源與CO2-EOR 相結(jié)合的方式，現(xiàn)已有部分應(yīng)用案例。并且我國(guó)的CO2-EOR 封存潛力較大，可達(dá)48億～101 億t[16]，主要集中于渤海灣盆地、松遼盆地等地區(qū)。在國(guó)家政策的扶持下，現(xiàn)已開展大量CO2地質(zhì)封存技術(shù)的相關(guān)研究工作，并已具備實(shí)際應(yīng)用的能力。但仍需要進(jìn)一步完善風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)、監(jiān)控及控制等技術(shù)，在最大程度上減少CO2地質(zhì)利用及封存所帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)。

5.2 建筑行業(yè)CO2 礦化技術(shù)

CO2礦化是指用天然礦物的堿土金屬離子（Ca2+/Mg2+），將CO2轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的無(wú)機(jī)碳酸鹽。礦化產(chǎn)物的穩(wěn)定性好，可作為建筑行業(yè)的水泥基材料，用于建筑養(yǎng)護(hù)混凝土、強(qiáng)化再生骨料等，從而將氣態(tài)的CO2固定以達(dá)到封存的目的[26]。礦化處理可一定程度上縮短反應(yīng)時(shí)間、減少水泥用量，經(jīng)過(guò)處理的材料性能更好，耐久性更強(qiáng)[27]。與其他封存技術(shù)相比，該技術(shù)可避免CO2封存過(guò)程的泄漏風(fēng)險(xiǎn)，安全性較高，且其固碳潛力巨大，應(yīng)用前景廣泛。

5.3 富碳農(nóng)業(yè)CO2 氣肥技術(shù)

氣肥利用技術(shù)是將捕集提純的CO2作為氣肥注入溫室，調(diào)節(jié)人工密閉環(huán)境的條件，使作物的光合作用效率最高，進(jìn)而形成一種富碳農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)模式。該技術(shù)可以有效減少CO2排放，并且在一定程度上減少化肥的使用，提高農(nóng)作物的質(zhì)量與產(chǎn)量。根據(jù)目前的研究成果，將碳捕集技術(shù)用于農(nóng)業(yè)在技術(shù)上是可行的[28]，但因涉及工業(yè)、農(nóng)業(yè)等多個(gè)領(lǐng)域，需要國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策相配合，進(jìn)一步探索運(yùn)營(yíng)模式。碳捕集技術(shù)與農(nóng)業(yè)的結(jié)合，可由農(nóng)業(yè)來(lái)承擔(dān)部分碳減排任務(wù)，是資源化利用CO2有效方法，也是促進(jìn)我國(guó)工農(nóng)業(yè)協(xié)同可持續(xù)發(fā)展的創(chuàng)新之路。

5.4 CO2 化工利用與高附加值化學(xué)品生產(chǎn)

碳是重要的化工生產(chǎn)元素，CCUS 中捕集的碳是重要的綠碳原料。CO2驅(qū)油、礦化等方式雖然可消納大量的CO2，但其產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)價(jià)值不高，無(wú)法完全抵消前期的經(jīng)濟(jì)成本，因此高附加值的化工利用可推動(dòng)CCUS 全流程的商業(yè)化運(yùn)行?，F(xiàn)在已有關(guān)于CO2制備納米材料、塑料，光催化制備高附加值碳?xì)浠衔颷29]等利用CO2制備高附加值化學(xué)品的相關(guān)研究，但大部分還處在基礎(chǔ)研究階段，未進(jìn)行大規(guī)模的應(yīng)用示范。CO2化工利用制備高附加值化學(xué)品，是CCUS 經(jīng)濟(jì)可持續(xù)化的重要推動(dòng)力，也是實(shí)現(xiàn)CCUS 項(xiàng)目產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)收益的重要途徑。未來(lái)需進(jìn)一步推動(dòng)該領(lǐng)域的研究，擴(kuò)展CO2的利用途徑，使用固碳潛力較大的方式消納捕集到的大部分CO2，另外小部分則用于創(chuàng)造一定的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，并在平衡經(jīng)濟(jì)成本后產(chǎn)生一定的收益。

6 總結(jié)與展望

CCUS 技術(shù)是CO2減排的重要措施，我國(guó)正在積極地推動(dòng)其發(fā)展。CCUS 技術(shù)是集捕集、運(yùn)輸、利用與封存等各項(xiàng)技術(shù)于一體的全流程技術(shù)，從技術(shù)水平上來(lái)看，我國(guó)CCUS 各環(huán)節(jié)技術(shù)進(jìn)展良好，部分技術(shù)已達(dá)到商業(yè)化水平，但是技術(shù)間發(fā)展不平衡，仍需要提高整體技術(shù)成熟度，使各環(huán)節(jié)平衡、有序地共同發(fā)展。此外，還需進(jìn)一步開發(fā)低成本、低能耗的CCUS技術(shù)，提高技術(shù)的經(jīng)濟(jì)可持續(xù)性。從我國(guó)實(shí)際運(yùn)行的示范項(xiàng)目來(lái)看，目前CO2的捕集能力多在萬(wàn)噸級(jí)到十萬(wàn)噸級(jí)，缺乏技術(shù)可復(fù)制的大型示范項(xiàng)目。同時(shí)項(xiàng)目多以政府補(bǔ)貼為主，應(yīng)尋找更合理的CCUS 商業(yè)化運(yùn)行模式，推進(jìn)大規(guī)模、全流程的CCUS 示范項(xiàng)目的建設(shè)。

在政府層面，應(yīng)頒布有利于CCUS 發(fā)展的激勵(lì)政策，推進(jìn)碳市場(chǎng)的建設(shè)與發(fā)展，以市場(chǎng)帶動(dòng)技術(shù)的發(fā)展。激勵(lì)企業(yè)參與CCUS 的發(fā)展規(guī)劃，通過(guò)技術(shù)宣傳增強(qiáng)社會(huì)的認(rèn)知和接受度，促進(jìn)CCUS的大規(guī)模應(yīng)用。目前，我國(guó)進(jìn)入了以減污降碳、協(xié)同增效為重點(diǎn)的生態(tài)文明建設(shè)時(shí)期，CCUS 將作為推動(dòng)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、能源結(jié)構(gòu)調(diào)整的有力工具，與多種技術(shù)手段結(jié)合以實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)，為應(yīng)對(duì)全球氣候變化貢獻(xiàn)中國(guó)力量。