CCUS技術(shù)：解鎖“雙碳”未來的關(guān)鍵密碼

CCUS（碳捕集、利用與封存技術(shù)）已成為全球應(yīng)對氣候變化和實現(xiàn)區(qū)域碳中和目標(biāo)的關(guān)鍵技術(shù)，為保障能源安全和人類可持續(xù)發(fā)展提供了技術(shù)支撐。本文梳理了CCUS技術(shù)體系及其發(fā)展脈絡(luò)，基于國內(nèi)外CCUS技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，研究分析當(dāng)前面臨的挑戰(zhàn)，并預(yù)測CCUS技術(shù)未來發(fā)展的前景。

一、CCUS技術(shù)基本概念

（一）CCUS技術(shù)定義

CCUS，全稱Carbon CaptureUtilization andStorage，指二氧化碳捕集、利用與封存技術(shù)[]。該技術(shù)指的是將二氧化碳從工業(yè)過程、能源利用或大氣中分離出來，然后直接加以利用，或者將其注入地層，實現(xiàn)二氧化碳的永久減排。它涵蓋了二氧化碳的捕集、運輸、利用及封存多個環(huán)節(jié)，是實現(xiàn)全球碳減排和我國“雙碳”目標(biāo)的重要手段，能有效助力能源安全保障、生態(tài)文明建設(shè)和可持續(xù)發(fā)展。

（二）CCUS技術(shù)定位

CCUS技術(shù)在當(dāng)今經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展中占據(jù)著舉足輕重的地位。在碳減排方面，它能捕集和封存原本排放到大氣中的二氧化碳，有效緩解工業(yè)生產(chǎn)過程和其他領(lǐng)域的碳排放強度，為全球碳減排提供有力可靠的技術(shù)支撐。

在能源轉(zhuǎn)型進(jìn)程中，CCUS技術(shù)打破了傳統(tǒng)能源利用與低碳發(fā)展的矛盾困局一將二氧化碳注入枯竭油田或氣田，不僅可以實現(xiàn)碳封存，還可以提升油氣采收率，使化石能源開采從“資源消耗型”向“資源增值型”轉(zhuǎn)變。

在工業(yè)創(chuàng)新領(lǐng)域，CCUS技術(shù)正在催生出全新的產(chǎn)業(yè)生態(tài)。二氧化碳捕集后的資源化利用技術(shù)不斷突破，可將其轉(zhuǎn)化為合成燃料、建筑材料、人工生物合成等高附加值產(chǎn)品，為工業(yè)發(fā)展增添新鮮活力。

從能源安全角度出發(fā)，CCUS技術(shù)可促進(jìn)化石能源的高效利用，延長其使用周期，保障能源供應(yīng)的穩(wěn)定性。不僅如此，CCUS技術(shù)與可再生能源的協(xié)同發(fā)展?jié)摿薮?，風(fēng)電、光伏等間歇性電力可驅(qū)動二氧化碳電解裝置，生成合成氣或甲烷，實現(xiàn)可再生能源的高效存儲與靈活應(yīng)用。

在經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展層面，CCUS技術(shù)的發(fā)展催生碳捕獲設(shè)備、封存設(shè)施、運輸管網(wǎng)等上下游相關(guān)領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)發(fā)展，建立產(chǎn)業(yè)鏈集群，打造“低碳、負(fù)碳”的經(jīng)濟(jì)新模式。此外，CCUS技術(shù)的發(fā)展改變了傳統(tǒng)行業(yè)的“高碳”屬性，為鋼鐵、水泥等高排放行業(yè)重塑新的競爭優(yōu)勢。

正因如此，在全球范圍內(nèi)，CCUS技術(shù)受到廣泛關(guān)注和高度重視，眾多國家紛紛投入大量資源進(jìn)行項目研究和實踐。

（三）CCUS技術(shù)發(fā)展脈絡(luò)

CCUS技術(shù)的起源可以追溯到20世紀(jì)20年代人們對二氧化碳捕集技術(shù)的探索：在天然氣商業(yè)化利用進(jìn)程中，研究發(fā)現(xiàn)，從甲烷中分離二氧化碳可以提高天然氣純度。此后，學(xué)術(shù)界開始研究二氧化碳“驅(qū)油”的理論和實驗。1972年，世界首個利用二氧化碳驅(qū)油的商業(yè)項目在美國得克薩斯州正式運行[2]。到20世紀(jì)80年代，科學(xué)家提出將二氧化碳封存于天然氣藏、咸水層等地質(zhì)結(jié)構(gòu)的設(shè)想[3]。近年來，隨著“雙碳”目標(biāo)在全球范圍的提出，CCUS技術(shù)迎來了快速發(fā)展的黃金時期。我國在這一領(lǐng)域積極探索，已成功構(gòu)建起全流程技術(shù)體系，并逐步進(jìn)入規(guī)模化應(yīng)用階段。

二、CCUS技術(shù)體系

（一）碳捕集技術(shù)

碳捕集技術(shù)是CCUS技術(shù)體系的首要環(huán)節(jié)，主要包括燃燒后捕集、燃燒前捕集、富氧燃燒和化學(xué)鏈燃燒等[4]。下表1是這些技術(shù)的應(yīng)用原理和適用場景對比。

（二）碳運輸技術(shù)

碳運輸技術(shù)是將捕集到的二氧化碳輸送到利用或封存地點的過程，主要有管道、船舶、鐵路和公路等運輸方式。不同運輸方式各有優(yōu)劣：管道碳運輸具有運輸量大、連續(xù)性強的優(yōu)點，但建設(shè)成本高、靈活性差，適用于大規(guī)模、近距離的二氧化碳運輸。船舶碳運輸適合長距離、跨地區(qū)的運輸，運輸量較大，但運輸速度相對較慢，且需要配套的裝卸設(shè)施。鐵路和公路的碳運輸靈活性高，可實現(xiàn)門到門的運輸，但運輸量較小，運輸成本較高，一般適用于小批量、短距離的運輸。

在運輸過程中，需要特別關(guān)注二氧化碳的泄漏風(fēng)險，必須采取嚴(yán)格措施確保運輸安全。同時，也要考慮運輸成本對整個CCUS項目經(jīng)濟(jì)性的影響。因此，在選擇運輸方式時，需要綜合考量多方面因素，以實現(xiàn)運輸效率和成本的平衡。

（三）碳利用技術(shù)

碳利用技術(shù)是將二氧化碳轉(zhuǎn)化為具有經(jīng)濟(jì)價值的產(chǎn)品，從而實現(xiàn)二氧化碳的資源化利用，廣泛應(yīng)用于水泥、鋼鐵、化肥等行業(yè)。在水泥生產(chǎn)中，二氧化碳可作為原料參與反應(yīng)，有效降低水泥生產(chǎn)過程中的碳排放。在鋼鐵行業(yè)，二氧化碳可用于鐵礦石的還原，減少對傳統(tǒng)化石燃料的依賴。在化肥生產(chǎn)中，二氧化碳可合成尿素等肥料。這些利用方式不僅減少了二氧化碳排放，還為相關(guān)產(chǎn)業(yè)提供了新的原料來源，推動產(chǎn)業(yè)綠色發(fā)展。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，碳利用的應(yīng)用領(lǐng)域有望進(jìn)一步拓展，展現(xiàn)出廣闊的發(fā)展前景。

表1碳捕集技術(shù)的特點對比

（四）碳封存技術(shù)

碳封存技術(shù)是將二氧化碳注入地下巖層等地質(zhì)結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)二氧化碳的永久儲存。其原理是利用地質(zhì)結(jié)構(gòu)的密封性和穩(wěn)定性，將二氧化碳困在地下。常見的封存方法包括咸水層封存、枯竭油氣藏封存等。咸水層封存是將二氧化碳注入地下咸水層，利用咸水層的孔隙空間儲存二氧化碳；枯竭油氣藏封存則是將二氧化碳注入已經(jīng)開采完的油氣藏中，這種封存方式還可以提高油氣采收率。

為確保封存的安全性，需要對封存地點進(jìn)行嚴(yán)格的地質(zhì)評估和監(jiān)測。通過建立監(jiān)測系統(tǒng)，實時監(jiān)測二氧化碳的泄漏情況，一旦發(fā)生異常，可以及時采取措施防止泄漏事故的發(fā)生，保障生態(tài)環(huán)境安全。

三、全球CCUS技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

（一）全球CCUS技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域

CCUS技術(shù)在多個行業(yè)展現(xiàn)出重要應(yīng)用價值。在電力行業(yè)，其廣泛應(yīng)用于燃煤電廠和天然氣發(fā)電廠，通過捕集燃料燃燒排放的二氧化碳，減少大型電力設(shè)施的碳足跡，推動電力生產(chǎn)的低碳化轉(zhuǎn)型。在石油化工行業(yè)，CCUS技術(shù)可應(yīng)用于石油煉制、化工制造等過程，捕集工業(yè)排放中的二氧化碳，并將其應(yīng)用于油藏開采或生產(chǎn)化學(xué)品，從而降低行業(yè)碳排放。在鋼鐵行業(yè)，CCUS技術(shù)有助于在煉鐵高爐和焦化過程中捕集二氧化碳，推動鋼鐵生產(chǎn)全生命周期的碳減排。在水泥行業(yè)，CCUS技術(shù)能捕集水泥生產(chǎn)過程中煅燒和化學(xué)反應(yīng)排放的大量二氧化碳，實現(xiàn)封存和資源化利用，助力行業(yè)走向碳中和。此外，CCUS技術(shù)在航空航天等行業(yè)也具有潛在的應(yīng)用價值，隨著技術(shù)不斷發(fā)展，未來有望為更多行業(yè)的低碳發(fā)展提供支持。

CCUS技術(shù)體系

（二）全球典型CCUS項目案例

全球典型CCUS項目案例如表2所示。

四、我國CCUS技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

（一）我國CCUS技術(shù)政策環(huán)境

我國政府高度重視CCUS技術(shù)發(fā)展，出臺了一系列相關(guān)政策。在國家層面，2023年國家發(fā)展改革委等10部門發(fā)布《綠色低碳先進(jìn)技術(shù)示范工程實施方案》，明確提出到2025年和2030年CCUS示范項目年捕集利用與封存量標(biāo)準(zhǔn)。還設(shè)立專項基金，預(yù)計到2025年總投入達(dá)100億元，支持技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化推廣。

在地方層面，各地積極響應(yīng)國家政策，根據(jù)自身產(chǎn)業(yè)特點和需求，制定適合本地的CCUS發(fā)展規(guī)劃和政策。這些政策為CCUS技術(shù)發(fā)展提供了有力支持和引導(dǎo)，激勵企業(yè)加大投入，推動技術(shù)創(chuàng)新和項目建設(shè)，促進(jìn)CCUS技術(shù)在我國的廣泛應(yīng)用。

（二）我國CCUS技術(shù)發(fā)展水平

我國在CCUS全流程技術(shù)體系方面取得顯著進(jìn)展。在碳捕集技術(shù)上，已形成不同濃度排放源的CO捕集技術(shù)，并在煤電、石化、水泥及鋼鐵等行業(yè)開展了大量示范應(yīng)用[8]。例如，2023年中國科學(xué)院和清華大學(xué)聯(lián)合研發(fā)的新型吸附劑材料，提高了二氧化碳捕集效率，成本降低 30% 以上。

表2全球典型CCUS項目案例

在碳利用方面，中石油、中石化、中海油和延長油田在多種類型油藏開展 CO₂ 驅(qū)礦場試驗，形成二氧化碳驅(qū)油與封存配套技術(shù)體系；化學(xué)轉(zhuǎn)化及生物利用技術(shù)也快速發(fā)展，部分 ?CO₂ 合成液體燃料、化工材料技術(shù)及CO礦化轉(zhuǎn)化技術(shù)已實現(xiàn)示范應(yīng)用[9]。

在碳封存領(lǐng)域，我國建立了封存安全性評價、監(jiān)測及全生命周期評價技術(shù)[10]。整體而言，我國CCUS技術(shù)不斷創(chuàng)新突破，已進(jìn)入規(guī)?；瘧?yīng)用階段。

（三）我國典型CCUS項目案例

我國CCUS典型項目案例如表3所示。

五、CCUS技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)

（一）技術(shù)成熟度挑戰(zhàn)

CCUS核心技術(shù)尚未完全實現(xiàn)商業(yè)化，成本居高不下，且可靠性有待提升。當(dāng)前，碳捕集技術(shù)中，新型吸收劑和膜材料的性能雖有進(jìn)步，但在大規(guī)模應(yīng)用時成本仍較高。碳運輸方面，管道建設(shè)成本高昂，而船舶、鐵路和公路運輸在安全性和效率上也存在不足。碳利用技術(shù)雖有多種途徑，但多數(shù)處于實驗或小規(guī)模示范階段，難以實現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。碳封存技術(shù)在地質(zhì)穩(wěn)定性評估和長期監(jiān)測方面還存在不確定性。

未來CCUS技術(shù)研發(fā)和創(chuàng)新的重點在于降低成本、提高效率和增強可靠性。例如，研發(fā)新型吸收劑和膜材料以提高碳捕集效率和降低成本；優(yōu)化運輸方式，提高運輸安全性和經(jīng)濟(jì)性；探索二氧化碳轉(zhuǎn)化為高附加值產(chǎn)品的新技術(shù)，提升碳利用的經(jīng)濟(jì)效益；加強地質(zhì)研究和監(jiān)測技術(shù)，確保碳封存的長期安全性。

（二）基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)挑戰(zhàn)

大規(guī)模建設(shè)CCUS配套基礎(chǔ)設(shè)施需要巨額投資，面臨諸多困難。建設(shè)捕集設(shè)施時，往往需要對現(xiàn)有工業(yè)裝置進(jìn)行改造或新建，成本巨大。在運輸方面，管道建設(shè)不僅投資高昂，還涉及土地征用、環(huán)境評估等復(fù)雜問題；船舶、鐵路和公路運輸則需要配套的裝卸和儲存設(shè)施。而封存設(shè)施建設(shè)前，需要進(jìn)行詳細(xì)的地質(zhì)勘探和評估，以確保封存地點的安全性和穩(wěn)定性。

基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)規(guī)劃應(yīng)綜合考慮源匯匹配、產(chǎn)業(yè)布局和運輸成本等因素。優(yōu)先在二氧化碳排放集中的地區(qū)建設(shè)捕集設(shè)施，合理規(guī)劃運輸路線，選擇合適的封存地點。加強不同地區(qū)和行業(yè)之間的合作，實現(xiàn)基礎(chǔ)設(shè)施的共享和優(yōu)化配置，提高建設(shè)效率和經(jīng)濟(jì)效益。

（三）政策法規(guī)障礙

當(dāng)前，相關(guān)法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)不完善，政策激勵性不足，在一定程度上限制了CCUS技術(shù)的應(yīng)用。目前，我國缺乏統(tǒng)一的CCUS技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，導(dǎo)致項目建設(shè)和運營缺乏依據(jù)。在碳排放權(quán)交易市場中，CCUS項目的減排量認(rèn)定和交易機(jī)制尚不明確，影響了企業(yè)參與的積極性。此外，政策對CCUS項目的資金支持力度有限，企業(yè)承擔(dān)的風(fēng)險較大。

為解決這些問題，政策法規(guī)的制定和完善方向應(yīng)包括建立健全技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，明確項目建設(shè)、運營和監(jiān)管要求；完善碳排放權(quán)交易市場，將CCUS項目納入其中，給予合理的減排量認(rèn)定和交易價格；加大財政補貼和稅收優(yōu)惠力度，降低企業(yè)投資風(fēng)險，鼓勵更多企業(yè)參與CCUS項目建設(shè)和運營。

六、CCUS技術(shù)的未來發(fā)展前景

（一）市場需求預(yù)測

國際能源署預(yù)測，在可持續(xù)發(fā)展情景下，2030年全球CCUS捕集需求或達(dá)56.4億噸，到2070年或達(dá)104億噸?！吨袊趸疾都门c封存（CCUS）年度報告（2023）》顯示，在碳中和目標(biāo)下，我國到2060年對CCUS的理論需求約為23.5億噸/年，以239元保守碳價估算，市場規(guī)模達(dá)5616億元。由此可見，全球和中國CCUS市場需求呈快速增長趨勢。市場需求受政策推動、減排目標(biāo)約束、技術(shù)成本降低等因素影響。隨著各國對“雙碳”目標(biāo)的重視，政策支持力度加大，將進(jìn)一步刺激CCUS市場需求釋放。

表3我國CCUS典型項目案例

（二）技術(shù)創(chuàng)新方向

為了更好地滿足市場需求、提升CCUS技術(shù)的應(yīng)用效能，在捕集、利用、封存等各個關(guān)鍵環(huán)節(jié)都需要持續(xù)推進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新。例如：捕集環(huán)節(jié)，研發(fā)新型吸收劑和膜材料，提高二氧化碳捕集效率，降低成本。新型吸收劑應(yīng)具備高選擇性、高吸收容量和低再生能耗等特點，膜材料需有高滲透性和選擇性。利用環(huán)節(jié)，探索二氧化碳轉(zhuǎn)化為高附加值產(chǎn)品的新技術(shù)，如合成燃料、化學(xué)品等。封存環(huán)節(jié)，加強地質(zhì)研究和監(jiān)測技術(shù)，確保碳封存的長期安全性。技術(shù)創(chuàng)新的重點是提高效率、降低成本和增強可靠性，難點在于新材料研發(fā)、工藝優(yōu)化和長期效果驗證。

（三）產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢

CCUS產(chǎn)業(yè)將呈現(xiàn)產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同發(fā)展趨勢。從二氧化碳捕集、運輸、利用到封存，各環(huán)節(jié)企業(yè)加強合作，實現(xiàn)資源共享和優(yōu)勢互補，提高產(chǎn)業(yè)整體競爭力。同時，CCUS技術(shù)將與清潔能源和儲能等其他低碳技術(shù)融合發(fā)展。例如，與可再生能源結(jié)合，利用多余電力進(jìn)行二氧化碳捕集和轉(zhuǎn)化；與儲能技術(shù)結(jié)合，解決二氧化碳利用過程中的間歇性問題。產(chǎn)業(yè)發(fā)展機(jī)遇在于政策支持和市場需求增長，但也面臨技術(shù)成熟度、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和成本等挑戰(zhàn)。

（四）對實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的貢獻(xiàn)

CCUS技術(shù)對實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)意義重大。在減少二氧化碳排放方面，直接捕集和封存大量二氧化碳，降低大氣中溫室氣體濃度。促進(jìn)化石能源高效利用，通過二氧化碳驅(qū)油等技術(shù)提高石油采收率，延長化石能源使用周期。推動能源行業(yè)轉(zhuǎn)型，為鋼鐵、水泥等高排放行業(yè)提供深度脫碳方案。CCUS技術(shù)還可與其他減排技術(shù)協(xié)同作用，如與可再生能源配合，實現(xiàn)能源結(jié)構(gòu)多元化，加速“雙碳”目標(biāo)的實現(xiàn)。

注釋：

[1]朱昌海：《CCUS技術(shù)將穩(wěn)站碳中和C位》，《中國石油企業(yè)》，2022年第9期，第57頁。

[2]楊文潔：《碳捕獲使用與埋存（CCUS）技術(shù)路徑的成本分析研究》，天津科技大學(xué)，2020年。[3]曹金康：《區(qū)域CCUS系統(tǒng)建模與安全風(fēng)險評估研究》，青島科技大學(xué)，2023年。

[4]蘭林、徐飛、夏林、鄒鵬飛、黃曉榕、賈元輝：《變壓吸附技術(shù)在工業(yè)化碳捕集中的應(yīng)用現(xiàn)狀》，《天然氣與石油》，2024年第2期，第21-28頁。

[5]方宏萍、王洪飛、宋彩霞等：《二氧化碳捕集技術(shù)應(yīng)用研究進(jìn)展》，《山東化工》，2024第10期，第128-130、134頁。

[6]趙杰、李昌建、袁向華：《淺談我國二氧化碳減排途徑及對策》，《環(huán)境科學(xué)導(dǎo)刊》，2010年第A01期，第1-4頁。

[7]鄭文廣、肖睿、宋啟磊等：《基于CaSO4載氧體加壓化學(xué)鏈燃燒分析》，《中國工程熱物理學(xué)會燃燒學(xué)2009年學(xué)術(shù)會議論文集》，2009年，第1-9頁。[8]李陽、王銳、趙清民、方欣：《中國碳捕集利用與封存技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀及展望》，《石油科學(xué)通報》，2023年第4期，第391-397頁。

[9]同[8]。

[10]陸曉如：《推動形成CCUS戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)——專訪中國工程院院士李陽》，《中國石油石化》，2024年第3期，第16-19頁。

（董勤楊為北京綠色產(chǎn)業(yè)發(fā)展促進(jìn)會副會長、正高級經(jīng)濟(jì)師；尹洪乙為北京愛企邦科技服務(wù)有限公司綠色發(fā)展中心主任；郭慧敏為北京愛企邦科技服務(wù)有限公司綠色發(fā)展中心副主任）

兼職編輯：常思哲