對我國推動碳捕集、利用和封存的對策建議

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對我國推動碳捕集、利用和封存的對策建議

王 浩

（山西省生態(tài)環(huán)境研究中心，太原 030009）

摘 要:氣候變化是當今國際社會普遍關注的全球性問題，低碳、綠色發(fā)展已成為世界的主流。碳捕集、利用和封存（CCUS）是一項具有戰(zhàn)略意義、可實現(xiàn)大規(guī)模溫室氣體減排的低碳技術，也是我國積極應對氣候變化的必然選擇。針對當前制約CCUS發(fā)展的主要問題，提出了重新梳理我國CCUS的戰(zhàn)略定位，加強對CCUS的政策傾斜支持，系統(tǒng)部署CCUS工程示范項目，建立產(chǎn)學研相結合的CCUS技術合作研發(fā)平臺，加強宣傳教育提高公眾認知度和接受度，強化國際技術合作等對策建議。

關鍵詞:溫室氣體；CCUS；必要性；經(jīng)濟性；安全性；對策建議

1　國內外CCUS發(fā)展現(xiàn)狀概述

在全球共同應對氣候變化的背景下，碳捕集、利用與封存（CCUS）被作為是一項具備大規(guī)模溫室氣體減排潛力的技術而受到廣泛關注。目前，以煤為主的能源消費結構使得我國面臨越來越大的國際減排壓力，而CCUS作為CO2減排和應對氣候變化的重要技術選擇，其在中國的應用前景十分廣泛。從定義來看，CCUS是指將二氧化碳從工業(yè)或其他排放源中分離出來，并運輸?shù)教囟ǖ攸c加以利用或封存，以實現(xiàn)被捕集的CO2與大氣的長期隔絕[1]。CCUS技術可分為捕集、運輸、封存（利用）等環(huán)節(jié)[2]。圍繞CCUS的不同環(huán)節(jié)，國內外專家、學者進行了大量研究，相關國家也實施了一批CCUS技術示范項目，為推動CCUS技術的商業(yè)化應用、實現(xiàn)溫室氣體減排奠定了基礎。

1.1 技術研發(fā)層面

針對CCUS的技術研發(fā)，國外開展得較早，國內目前還處于起步階段，研究的關鍵點是通過技術創(chuàng)新實現(xiàn)CCUS技術成本降低和確保長期運行的安全性，從而解決其大規(guī)模實施的障礙。田牧和安恩科[3]以我國燃煤電站為排放源，通過分析計算出各種實施方案的盈虧平衡點，指出強化采油（EOR）是目前降低CCUS實施成本的首選。張建府[4]以從IGCC電站捕集CO2，并通過管道運輸至油田用于強化采油為例，分析得出，在IGCC電站進行碳捕集結合強化采油的情形下，捕集CO2的IGCC系統(tǒng)的發(fā)電成本低于不捕集CO2的IGCC電站的發(fā)電成本。張鴻翔等[5]對二氧化碳捕獲與封存的主要技術環(huán)節(jié)與問題進行分析研究，指出二氧化碳運輸與封存過程存在突然滲濾和緩慢滲濾的風險，提出需要在管道運輸路線上注意路線選擇、過壓保護、抗腐蝕性保護和泄露檢測，在地址封存上充分考慮地下巖層儲體的地質巖性條件、監(jiān)測手段和應急方案保障。

1.2 工程示范層面

近年來，全球CCUS示范項目穩(wěn)步發(fā)展。根據(jù)《全球碳捕集與封存現(xiàn)狀：2014.02》統(tǒng)計，目前，全球共有21個處于運行和建設階段的大型一體化碳捕集封存項目，每年捕集的CO2總量約4000萬噸[6]。從圖1可以看出，目前的大型一體化CCUS示范項目存在明顯的地域差異，大多數(shù)分布在北美。從減排量上看，示范項目所能實現(xiàn)的CO2減排量要遠遠小于CO2實際排放量。全球碳捕集與封存研究院預測，在未來國際溫室氣體減排的壓力下，全球大型CCUS項目的建設將持續(xù)增加，其中，我國的延長集團集成碳捕集與封存示范項目和中國石化齊魯石化CCUS項目最有可能成為國內首先啟動的大型CCUS示范項目。與國際相比，我國目前雖然尚無正在建設或運行的大型CCUS示范項目，但在CCUS工程示范上的投入在逐年加大，已經(jīng)啟動實施了一批捕集規(guī)模相對較小或針對單個環(huán)節(jié)的示范工程，如我國已建成數(shù)個超過萬噸級的二氧化碳捕集示范裝置，最大的捕集能力約為12萬噸/年；啟動了10萬噸/年陸上咸水層二氧化碳封存示范；建成了4萬噸規(guī)模的全流程燃煤電廠二氧化碳捕集和驅油示范項目[1]。

圖1　全球大型一體化CCUS項目情況（截至2014年2月）

2　發(fā)展CCUS的必要性與現(xiàn)實意義

2.1 國際國內溫室氣體減排形勢

氣候變化是當今世界最為關注的全球環(huán)境問題之一，事關人類的生存和發(fā)展。根據(jù)政府間氣候變化專門委員會（IPCC）組織認定，到本世紀末，全球大氣中的二氧化碳濃度不能超過450ppm，全球氣溫上升的極限目標是2℃。如果超過了2℃和450ppm，地球將會發(fā)生不可逆轉的變化。在這種情況下，全球各國積極攜手應對氣候變化，控制溫室氣體排放日益成為廣泛共識，深入人心。

從1990年開始，國際氣候談判拉開了序幕，幾乎每年都要召開世界氣候大會，商討全球溫室氣體減排目標及各國承擔的減排義務。目前，我國是全球最大的溫室氣體排放國，根據(jù)BP能源統(tǒng)計年鑒，2013年中國的二氧化碳排放量為95億噸，位居全球第一，占全世界二氧化碳排放量的27.1%，人均排放量超過世界平均水平，因而我國受到了前所未有的溫室氣體減排壓力。

2.2 多種溫室氣體減排技術比較

目前全球溫室氣體的減排技術主要有綠色能源技術、化石能源節(jié)能減排技術和末端“去碳技術”。據(jù)國際能源署（IEA）預測，2030年前，煤、石油、天然氣等化石燃料仍將是一次能源的主要來源，并在能源需求增長總量中占80%左右。因此，末端“去碳技術”已成為全球碳減排的主要途徑。目前，國際上提倡的末端“去碳技術”是對二氧化碳進行捕集與地質封存。

國際能源署（IEA）2012年發(fā)布了《能源技術展望：走向清潔能源系統(tǒng)》報告，對到2050年全球氣溫上升控制在2℃以內為減排目標進行了預測，其中CCUS、可再生能源、核能、發(fā)電效率和燃料轉化、終端使用的燃料轉化、終端使用的能源效率等減排技術需要實現(xiàn)的累積貢獻百分比分布如圖2。其中，CCUS技術的累計貢獻為14%。

圖2　CCUS及其他減排技術需實現(xiàn)的累計貢獻百分比分布

我國是煤炭消費大國，煤炭占能源消費總量的比重遠高于全球平均水平，由此推斷，CCUS技術在我國的累積貢獻率肯定大于14%，可見，CCUS是我國推動二氧化碳減排必須選擇的技術。同時，CCUS技術的發(fā)展和應用不僅取決于技術本身的進步，還與未來全球共同應對氣候變化的談判與合作進程，節(jié)能和提高能效、新能源、可再生能源等技術的發(fā)展密切相關。

2.3 國外發(fā)展CCUS的情況

受能源結構、發(fā)展戰(zhàn)略和技術條件影響，各國發(fā)展CCUS的目的不同，相應對于CCUS的態(tài)度和發(fā)展側重點也有所不同，但已有一些國家和地區(qū)主動部署CCUS發(fā)展戰(zhàn)略，搶占以CCUS為代表的低碳技術制高點，維護本國能源安全[7]。比如，美國非常重視CCUS技術發(fā)展，在捕集、運輸、封存和利用等許多環(huán)節(jié)都處于全球領先地位；英國發(fā)展CCUS一方面為促進能源結構多元化，另一方面為向全球輸出低碳技術；歐盟強調依靠市場力量發(fā)展CCUS，注重政策和法規(guī)建設；澳大利亞和印度的煤炭儲量豐富，能源消費中煤炭占比較高，發(fā)展CCUS是為了在繼續(xù)利用國內煤炭資源的同時減少溫室氣體排放，保障能源安全和可持續(xù)發(fā)展。

2.4 全球范圍內的 CCUS示范項目

開展CCUS試驗示范既有助于通過實踐解決CCUS技術發(fā)展中存在的各種問題，也是走向規(guī)模化和商業(yè)化應用、發(fā)揮其最大規(guī)模溫室氣體減排潛力的必經(jīng)環(huán)節(jié)。從圖1可知，目前世界上至少有60個大型規(guī)模的項目正處于立項到運營的不同階段，其中包含12個正在運行的項目，9個正在建設中的項目，以及處于其他階段的39個項目。

近年來，我國也建成了多個CCUS示范工程，包括捕集、封存、利用等單個環(huán)節(jié)的示范，也包括CCUS全流程的示范[1]。但總體來講，我國的CCUS示范項目規(guī)模較小且全流程工藝少。例如，華能集團上海石洞口捕集示范項目2009年投運，最大捕集能力約12萬噸/年；神華集團煤制油CO2捕集與封存示范項目2011年投運，捕集+ 水層封存量約10萬噸/年；中國石油吉林油田CO2捕集驅油示范項目2007年投運，CO2驅油與封存一體化技術封存量約10萬噸/年；中科金龍CO2化工利用項目2007年投運，實現(xiàn)酒精廠CO2化工利用約1萬噸/年。

3　 CCUS發(fā)展面臨的問題

CCUS技術總體上還處于研發(fā)和示范階段，目前仍存在許多制約其發(fā)展的突出問題，主要表現(xiàn)為：

3.1 從戰(zhàn)略政策層面，國際社會對CCUS未達成統(tǒng)一認識

關于每年舉辦的全球氣候變化談判，各國出于維護本國的經(jīng)濟利益，對達成具有強制性的溫室氣體減排目標及落實溫室氣體減排措施想法不一、互推責任。各國對CCUS推動溫室氣體減排的貢獻和作用毫不懷疑，但是真正建立CCUS示范項目并實際運作的并不多見。就目前來說，全球大部分國家都未形成保障CCUS發(fā)展的基本法律框架。

3.2 從經(jīng)濟性角度，CCUS技術巨大的能耗和過高的成本是制約其發(fā)展的根本因素

據(jù)山西國際能源集團對“350MW富氧燃燒發(fā)電與碳捕集、利用、封存工程”進行的可行性研究認為，捕集80%的二氧化碳需增加24%～40%的能耗，使電廠成本增加40%～85%。我國CCUS技術發(fā)展路線圖研究[1]指出，到2015年CCUS技術的總體發(fā)展愿景和目標是，CCUS全流程系統(tǒng)能耗增加在25%以內，系統(tǒng)成本控制在350元/噸左右。

3.3 從安全性角度，長期封存的安全性和可靠性存在一定風險

封存的CO2若發(fā)生泄漏可能危害人體健康（高濃度CO2會導致人缺氧窒息）、影響當?shù)貐^(qū)域生態(tài)安全[8]，進行CO2封存還可能污染地下水（引起地下水和土壤酸化）[8]、廢棄物處置不當易造成二次污染[8]、甚至可能誘發(fā)地震[9-11]。Damen等[12]總結了CO2封存過程中可能產(chǎn)生的健康、安全和環(huán)境風險。

3.4 從技術研發(fā)示范角度，距離推動CCUS大規(guī)模商業(yè)化應用仍有較大差距

我國在CCUS技術鏈各環(huán)節(jié)都已具備了一定的研發(fā)基礎，但各環(huán)節(jié)技術發(fā)展很不平衡，需要通過持續(xù)的研發(fā)和示范提高技術的成熟度。捕集技術的能耗和成本居高不下，運輸網(wǎng)路的研究才剛剛起步，缺乏封存潛力評估、封存風險監(jiān)測與應對技術，對真正具有經(jīng)濟效益的CO2利用技術開發(fā)不足；工程示范以中小規(guī)模捕集、運輸與封存為主，且缺少全流程示范工程。

3.5 從長期運營角度，CCUS的可持續(xù)發(fā)展效益不顯著[13]

CCUS技術除了實現(xiàn)控制CO2排放外，其他方面的對經(jīng)濟和環(huán)境效益的協(xié)同作用較小，額外的能源消耗還可能釋放更多的氮氧化物、硫化物和顆粒物等環(huán)境污染物。從我國實際出發(fā)，如果大規(guī)模推廣現(xiàn)有的CCUS技術，我國每年將多消耗數(shù)億噸煤，多支出成本達數(shù)萬億元，使得能源問題雪上加霜，可持續(xù)發(fā)展面臨巨大挑戰(zhàn)。

3.6 從公眾接受程度，公眾對CCUS安全性存在偏見，認知度不足[14]

由于宣傳普及不足，公眾對CCUS技術缺乏了解，將CCUS與垃圾填埋、甚至PX項目混為一談，認為CCUS將導致環(huán)境損害、會對人體健康產(chǎn)生不利影響，因而本能地抵制CCUS項目建設。大瀑布電力公司曾在德國北部進行了全球第一個碳封存示范項目——施瓦茨碳封存項目，卻因為當?shù)鼐用竦膹娏野l(fā)對，而不得不取消項目，直接將已經(jīng)捕獲的二氧化碳重新排放到大氣中去。隨著我國CCUS技術示范的推廣，這樣的問題也會突顯，公眾對CCUS項目的阻力也可能會急劇增加。

4　 對我國發(fā)展CCUS的對策建議

我國作為負責任的發(fā)展中大國，高度重視并積極應對全球氣候變化。CCUS是應對氣候變化的有效途徑之一，也是一項戰(zhàn)略性的技術，但面對目前CCUS技術發(fā)展的諸多困境，我國該如何進一步推動CCUS技術發(fā)展，本文提出以下建議：

（1）從戰(zhàn)略層面，進一步梳理國際CCUS技術發(fā)展路線是否適合于我國國情

國際能源署（IEA）發(fā)布的CCUS技術路線圖2013版與2009版的變化，說明國際上早期對CCUS發(fā)展的預測過于樂觀，導致難以落實。我國有不同于歐美等國家的特殊國情，能源消費以煤炭為主的狀況短期難以改變，高碳能源的高排放如何實現(xiàn)向低排放的轉變是一個重要的戰(zhàn)略選擇。因此應首先梳理清楚CCUS的戰(zhàn)略定位，以及CCUS與新能源發(fā)展的關系，制定我國低碳轉型發(fā)展的中長期路線圖。

（2）從政策支持層面，引導資源有效配置于CCUS研發(fā)示范各個環(huán)節(jié)

建設CCUS需要付出高昂的代價，對企業(yè)意味著巨大的投資成本，因此，要使CCUS技術具有競爭力，必須由政府扶持技術研發(fā)和建設大型示范項目，只有示范項目成功了，社會投資才會進入，CCUS才能健康發(fā)展。建議將CCUS技術的基礎研發(fā)和示范工程列入國家科技專項計劃，出臺示范工程優(yōu)惠政策，在項目資本金、捕集CO2后的電價、科研和運行經(jīng)費方面給予政策支持，制定針對重點行業(yè)和具有潛力技術的傾斜性激勵政策，實現(xiàn)CCUS技術的合理有序發(fā)展。

（3）從工程示范層面，系統(tǒng)部署CCUS技術集成與示范項目

統(tǒng)籌捕集、運輸、封存和利用等不同技術路線，注重對全流程示范項目的支持。選擇適宜的優(yōu)先行業(yè)，要具備高濃度大規(guī)模集中排放源的行業(yè)領域，如煤化工行業(yè)和燃煤電廠，同時要注意電力和石油行業(yè)的合作，開展CO2捕集和二氧化碳驅油（EOR）一體化示范；關注可行性高的重點區(qū)域，要具備二氧化碳驅油（EOR）的地質條件或具備化工利用的市場需求，如陜北、鄂爾多斯盆地、四川盆地等地區(qū)；探索可能的商業(yè)模式，以工業(yè)界為項目主體，配合政府政策、資金支持，加強國際技術和資金合作，實現(xiàn)項目盈利運行。

（4）從技術研發(fā)層面，有針對性地研發(fā)、突破關鍵技術

圍繞解決目前CCUS技術高成本、高能耗和長期安全性、可靠性待驗證等突出問題，開展CCUS相關技術的研發(fā)和創(chuàng)新；建立產(chǎn)學研結合的CCUS技術合作平臺，推動CCUS關鍵技術的突破與示范順利開展，加強CCUS相關專業(yè)人才培養(yǎng)與引進，建立一支穩(wěn)定、高水平的研發(fā)隊伍；注意加強關于CCUS的培訓與宣傳，利用每年“全國低碳日”等活動，側重CCUS基礎知識和有關政策的宣講，提高公眾對CCUS的接受度，逐步推廣CCUS技術應用。

（5）從國際合作層面，注重加強人員交流、合作研發(fā)與技術轉移

CCUS是以減排溫室氣體為目的的氣候友好型技術，基本不產(chǎn)生經(jīng)濟效益，但卻伴隨著高昂的經(jīng)濟和資源代價，要發(fā)揮CCUS技術在全球應對氣候變化的重要作用，需要世界各國攜手共同努力。我國應注視加強CCUS的國際交流合作，充分借鑒國外經(jīng)驗，結合我國國情，避免走彎路。盡快建立完善政府間、企業(yè)間以及科研單位間雙邊、多邊合作交流機制，大力推進CCUS相關技術共享，完善CCUS項目國際融資機制，開展CCUS能力建設。

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Some Policy Suggestions forEncouraging the Development of Carbon Capture, Utilization and Storage in China

WANG Hao

(Research Center for Eco-Environmental Sciences in Shanxi TaiYuan 030009, China)

Abstract:Today, Climate change is a global issue of common concern to the international community. It has become a main world trend that promote low-carbon and green development. Carbon capture, utilization and storage (CCUS) is considered to be a strategic technology that can achieve large-scale low-carbon fossil energy utilization, also becomes the inevitable option for china to combat climate change. However, there exist many problems of CCUS.The paper tries to give some policy suggestions, such as, reconsider the strategic positioning of CCUS in china, special policy supports for CCUS, make a unified deployment for CCUS demonstration projects, establish a platform for cooperation between research, education, and industrial, make greater effort in publicity and education to improve public awareness and acceptance, recommendations on international technology cooperation.

Keywords:greenhouse gas;CCUS;necessity; economic; safty; policy suggestions

文章編號:1006-5377（2015）09-0056-05

文獻標志碼:A

中圖分類號:X52