CCUS賦能綠色低碳發展

中國工程院院士 李 陽

一、CCS與CCUS概述

碳捕集與封存技術簡稱CCS，主要包括碳捕集、輸送和封存3個環節，是通過碳捕集技術，將工業或相關能源生產的二氧化碳分離出來，并通過一定的方式輸送到合適的地點進行封存，使其與大氣隔絕，是大規模減少二氧化碳排放的可行方法。但CCS建設及運行成本高昂，且無經濟收益，直接封存成本十分巨大，制約了CCS的發展。

我國科技界提出碳捕集、碳資源化利用及碳封存并重發展的思路，形成了CCUS的理念，目前這一理念已被國際社會廣泛認可。CCUS是Carbon Capture，Utilization and Storage（碳捕集、利用與封存）的英文縮寫，是在CCS的基礎上發展的新技術。CCUS是通過不同的技術措施和應用模式，對人為當期或歷史排放的二氧化碳進行捕集、埋存和轉化利用，減少排放到大氣中的二氧化碳。CCUS與CCS相比，加強了對二氧化碳的資源化利用（地質利用、化工利用和生物利用等），將碳轉化為能源或物質，實現了碳的循環再平衡，增加了CCUS的經濟收益，降低了投資成本，更具有現實可操作性，使其成為未來30年最現實可行的大規模快速減少碳排放的技術解決方案。

二、我國發展CCUS的戰略及現實意義

2020年9月22 日，習近平總書記提出了我國“碳達峰、碳中和”的戰略目標。對中國來說減排時間緊、減排強度大、化石能源占比高，因此必須采用組合技術保障碳中和目標實現。CCUS作為可以大規模減少化石能源燃燒和工業過程碳排放的減碳、負碳技術，可以使化石能源與新能源實現競合關系，為經濟社會高質量發展、保障能源安全和“雙碳”目標實現提供支撐。

CCUS是構建清潔低碳、安全高效能源體系的重要技術保障。預計到2050年，化石能源仍將扮演重要角色，占我國能源消費比例的10%-15%，CCUS可實現化石能源大規模低碳化利用，推動能源結構轉型，助力構建綠色低碳、富有韌性的能源體系。

CCUS可助力電力、鋼鐵、水泥等難以減排行業深度脫碳。據國際能源署報告，預計到2050年鋼鐵行業采取工藝改進、效率提升、能源和原料替代等常規減排方案后，仍然剩余34%的碳排放量，就算氫能直接還原鐵技術取得重大突破，剩余碳排放量也超過8%，水泥行業采取常規減排方案后，仍剩余48%的碳排放量。因此，可以說CCUS也是這些行業凈零排放的必然選擇。

CCUS可有效降低碳減排成本。根據聯合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）第五次氣候變化評估報告，如果不采用CCUS技術，全球減排成本將成倍增加，增幅高達138%。我國擁有世界上最年輕的煤電機組存量，2020年總裝機達12.5億千瓦，服役年限平均僅11.6年。據估算，如果不進行CCUS投資，煤電擱淺資產規模可能高達3.1-7.2萬億元。

CCUS可以實現油氣增儲上產，保障國家油氣安全。我國油氣對外依存度高，2020年我國石油、天然氣依存度分別達到73%、43%。且未來一段時期油氣仍將維持主體能源地位，到2040年占一次能源比重仍保持在50%左右。CCUS與驅油技術的結合，可以實現油氣增產和碳封存的雙贏。據研究，我國適合二氧化碳驅油地質儲量近200億噸，可以增加原油產量超過20億噸，埋存二氧化碳超過100億噸。

三、CCUS發展現狀

從當前技術發展來看，CCUS已經具備了大規模應用到各行業中的技術可行性。碳捕集方面，已形成針對不同濃度排放源的捕集技術，技術成熟度快速提高、能耗成本逐漸下降，在煤電、石化、水泥及鋼鐵等行業開展了大量示范應用。驅油利用方面，是目前最為經濟可行的大規模的利用和埋存方式，技術已經成熟（美國CO2驅提高采收率產量每年超過1500萬噸，其中來自工業的氣源占總量的30%）。碳封存方面，開展了百萬噸級咸水層埋存示范（挪威Sleipner項目已累計埋存2000萬噸）。碳利用方面，化工利用和生物利用新技術不斷涌現。另外，工程化、規模化項目快速增長，2021年全球新增71個CCUS示范項目。可以預見，隨著CCUS技術快速發展和“碳中和”目標的驅動，CCUS將迎來新的快速發展階段。

中國石化較早地開展了二氧化碳捕集、利用與埋存技術研究與示范，目前已進入全技術鏈研發和大規模示范階段。2021年7月5日啟動齊魯石化-勝利油田CCUS項目建設，這是我國首個百萬噸碳捕集、利用與封存項目，也是我國石化企業全流程CCUS項目。

中國石化主要從捕集、輸送、利用、封存和安全性5個維度開展系統性研究，取得了系列重要成果：首先是形成針對燃煤電廠、煉化廠及高碳天然氣3種主要排放源捕集技術，并進行了示范應用，技術水平與國際同步，具備了良好的應用前景。二是形成了高壓長距離管道輸送技術，中國石化已在蘇北盆地建成52公里二氧化碳集輸管線。三是形成了低滲透、高含水油藏驅油、封存技術體系，并建立了碳封存潛力評價及減碳核查、全生命周期安全評價技術。四是二氧化碳礦化轉化技術。其具有多種應用場景，既可以對固廢處理利用，也可以進行特殊資源提取，在實現碳減排的同時，實現固廢資源化利用和高值化產品生產。中石化在普光氣田開發了二氧化碳礦化磷石膏技術，將普光氣田產生尾氣中的二氧化碳與磷石膏反應，轉化為碳酸鈣和硫基復合肥，實現磷石膏中鈣、硫資源的高值化回收利用。

四、CCUS發展面臨的挑戰

經過幾十年的發展，CCUS技術和示范項目建設已經取得了豐富的研究和實踐成果，但大規模部署CCUS仍然面臨諸多制約。在技術方面，捕集技術能耗和成本偏高，驅油埋存一體化優化技術有待進一步研究，化工利用和生物利用技術存在轉化能耗高、轉化效率低等問題，封存安全性的監測和評估技術體系尚需建立，全生命周期量化核查方法學有待研究。

在工程示范方面，為石油、煤化工、電力行業小規模的捕集驅油示范，利用封存方式單一，缺乏大規模的多種技術組合的全流程工業化示范。

在標準規范方面，未形成碳捕集、輸送、利用、驅油及封存的標準體系，碳減排量化核查和監測標準缺乏。在體制政策方面，未形成相互有效銜接的規劃體系，缺乏稅收減免、差異化財政補貼等有助于CCUS技術及產業發展的創新性激勵政策，商業、金融生態建設有待創新，投融資渠道有待拓寬。

五、CCUS發展前景

目前國家已陸續發布了重點領域和行業碳達峰實施方案，構建碳達峰、碳中和“1+N”政策體系。CCUS作為碳中和必不可少的技術手段，在雙碳目標的實現過程中將發揮更大作用，其產業化發展前景巨大。

國際能源署(IEA)發布的《2050年凈零排放：全球能源行業路線圖》預計，全球碳捕集能力將從2020年的4000萬噸/年，增長至2050年的76億噸/年。中國石化課題組在研究實踐中建立了中國能源生產、消費及CCUS之間的交互關系模型，綜合考慮能源結構、技術條件、產業結構以及數據來源等因素，構建了CCUS固碳計算方法和模型，預計到2060年，CCUS技術減排貢獻量10.4億噸，迫切需要CCUS規模化發展。

2020年以來，發達國家紛紛加快CCUS技術和示范項目部署，美國計劃在未來25年累計投資1750億美元，CCUS規模達到5億噸/年；歐盟計劃投資100億美元，用于碳捕集封存項目規劃、建設和運行；英國計劃至少投資8億英鎊，建設2個碳捕集封存項目群。預計2060年，全球CCUS產業規模可達數萬億美元，中國CCUS投資規模將達到數萬億元，CCUS市場需求及前景十分廣闊。

總之，雙碳時代，CCUS將駛入快速發展軌道。

六、CCUS產業發展建議

CCUS具有跨行業、跨地區、產業鏈長、運行周期長、投資成本高、技術風險大等特征，未來產業化發展需要國家頂層設計和統籌規劃，推進體系協同發展。從構建技術體系、創新產業模式、做強基礎設施、強化政策支持4個方面聯合推進，推動CCUS產業發展。

一是構建CCUS全新科學技術體系，突破關鍵技術。CCUS已成為綠色低碳技術創新的前沿領域，要加強基礎研究和核心技術攻關，形成創新的科學技術理論和方法體系，突破碳捕集、利用、封存及監測等各環節核心技術和關鍵設備。

二是創新“C→U”有效連接的產業模式和商業模式。統籌產業群的發展和布局，構建基于源匯匹配的含油盆地碳利用埋存產業集群、基于工業流程再造的碳轉化利用產業集群、基于多種技術組合的碳循環利用產業集群。

三是做強基礎設施建設。加大CCUS相關基礎設施投入，加強源匯匹配優化及輸送管網建設，要促進基礎設施共享、項目系統集成、資源交互利用，以降低減排成本。

李陽（右二）在齊魯石化-勝利油田百萬噸CCUS示范項目現場

四是強化政策支持。完善相關法律法規，將CCUS碳減排量納入國家碳排放交易體系，制定我國CCUS產業激勵政策。加快技術標準以及環保、安全評估等體系建設。建立以政府公共財政融資、綠色信貸融資、風險投資基金和信托基金、國際融資為核心的多元投融資體系，形成良好金融生態。