“雙碳”目標下CCUS在引領煤炭行業低碳轉型過程中的作用

陸詩建

中國的碳排放主要來自煤炭能源消費，實現“雙碳”目標的關鍵在煤炭。結合當前國際能源利用現狀，在筆者看來，碳達峰碳中和給煤炭行業帶來的挑戰前所未有，帶來的機遇也不可多得。煤炭對中國能源安全的“兜底保障”作用是中國低碳清潔安全高效能源體系構建的重要基礎;煤炭的低碳清潔高效利用是“能源替代”的重要內涵，也可能成為煤炭行業轉型發展當前階段的重要特征;碳捕集利用與封存技術（CCUS）是實現煤炭低碳潔凈高效利用的關鍵技術中的關鍵，實現CCUS超前大規模商業化部署任務緊迫，需要加快進度。

全球能源科技現狀：

綠色低碳是創新的主要方向

當前，新一輪能源技術革命正在孕育興起，新的能源科技成果不斷涌現，正在并將持續改變世界能源格局。非常規油氣勘探開發技術在北美率先取得突破，頁巖氣和致密油成為油氣儲量及產量新增長點，海洋油氣勘探開發作業水深記錄不斷取得突破;主要國家均開展了 700℃超超臨界燃煤發電技術研發工作，整體煤氣化聯合循環技術、捕集捉與封存技術、增壓富氧燃燒等技術快速發展。燃氣輪機初溫和效率進一步提高，H 級機組已實現商業化，以氫為燃料的燃氣輪機正在快速發展;三代核電技術逐漸成為新建機組主流技術，四代核電技術、小型模塊式反應堆、先進核燃料及循環技術研發不斷取得突破;風電技術發展將深海、高空風能開發提上日程，太陽能電池組件效率不斷提高，光熱發電技術開始規模化示范，生物質能利用技術多元化發展;電網技術與信息技術融合不斷深化，電氣設備新材料技術得到廣泛應用，部分儲能技術已實現商業化應用。可再生能源正逐步成為新增電力的重要來源，電網結構和運行模式都將發生重大變化。

近年來，主要能源大國均出臺了一系列法律法規和政策措施，采取行動加快能源科技創新。美國發布了《全面能源戰略》等戰略計劃，將“科學與能源”確立為第一戰略主題，提出形成從基礎研究到最終市場解決方案的完整能源科技創新鏈條，強調加快發展低碳技術，已陸續出臺了提高能效、發展太陽能、四代和小型模塊化核能等清潔電力新計劃。日本出臺了《面向2030年能源環境創新戰略》等戰略計劃，提出了能源保障、環境、經濟效益和安全并舉的方針，繼續支持發展核能，推進節能和可再生能源，發展新儲能技術，發展整體煤氣化聯合循環（IGCC）、整體煤氣化燃料電池循環等先進煤炭利用技術。歐盟制定了《2050 能源技術路線圖》等戰略計劃，突出可再生能源在能源供應中的主體地位，提出了智能電網、碳捕集利用與封存（CCUS）、核聚變以及能源效率等方向的發展思路，啟動了歐洲核聚變聯合研究計劃。

縱觀全球能源技術發展動態和主要能源大國推動能源科技創新的舉措，可以得出以下結論和啟示：一是能源技術創新進入高度活躍期，新興能源技術正以前所未有的速度加快迭代，對世界能源格局和經濟發展將產生重大而深遠的影響。二是綠色低碳是能源技術創新的主要方向，集中在傳統化石能源清潔高效利用、新能源大規模開發利用、核能安全利用、能源互聯網和大規模儲能以及先進能源裝備及關鍵材料等重點領域。三是世界主要國家均把能源技術視為新一輪科技革命和產業革命的突破口，制定各種政策措施搶占發展制高點，增強國家競爭力和保持領先地位。

我國實現“雙碳”目標的關鍵在煤炭

世界碳排放主要來自化石能源消費，中國碳排放超過80%來自煤炭能源消費，因此，我國實現“雙碳”目標的關鍵在煤炭。2020年化石能源活動CO2排放量390億噸，其中CO2排放量占溫室氣體排放量的73%，化石能源消費產生的CO2約占排放總量的90%。對于我國，化石能源活動CO2排放量98億噸左右;煤炭消費產生CO2 75億噸，煤炭在化石能源產生CO2的占比79%;石油產生CO2的占比為14%，天然氣產生CO2的占比為7%。因此，煤炭占據我國碳排放的主體，是主要減排對象，面臨著巨大挑戰。

1.能源革命（能源替代）和煤炭行業轉型發展的挑戰。隨著能源替代進程加快，我國嚴格控制化石能源消費，煤炭在一次能源消費中的占比顯著降低，2020年為56.8%，“十五五”時期煤炭消費總量將逐步減少。因此，煤炭行業要有危機意識，加快自身技術開發與潛力挖掘，盡快從“被能源革命的對象”變為“自我革命者”。

2.新能源體系構建和格局變化的挑戰。我國正在構建清潔低碳安全高效能源體系，新能源得到極大的重視和投入，地位快速提升，煤炭主體能源的地位將逐步發生改變。煤炭對中國能源安全的“兜底保障”作用是中國低碳清潔安全高效能源體系構建的重要基礎，如何實現煤炭行業的低碳清潔化轉型升級是未來需要重點考慮的事。

3.碳中和對技術變革和創新能力需求的挑戰。主要表現在煤炭能源轉化、燃煤少排碳或不排碳、從煤炭燃料到煤炭原料的變革性技術;另外，碳中和是一場深刻的經濟社會和發展模式系統性變革，對技術變革和創新能力的需求程度超過歷次工業革命，能否實現去碳不去煤、變燃料為原料是當前煤炭科技工作者需要深入思索的問題。

4.煤炭行業平穩有序轉型與保持社會穩定的挑戰。煤炭產業向富煤地區集中，煤炭資源枯竭地區或資源條件差的地區退出煤炭產業或產業轉型，需要規劃和頂層設計、政策法律、財政金融等支持。煤炭企業轉型發展會有代價，怎樣實現煤炭企業轉型發展的平穩有序、公正合理是下一步的主要工作。

煤炭行業轉型升級方向：實現低碳清潔高效利用

1.煤炭行業轉型發展的機遇。煤炭的低碳潔凈高效利用是“能源替代”的重要內涵，壓減煤炭消費量的同時實現煤炭低碳清潔高效利用，成為煤炭行業轉型發展當前階段的重要特征;煤炭的綠色智能化生產成為迫切需求，煤炭生產全過程的減碳和生態環境保護修復將帶來煤炭開采、加工技術的變革;同時，以新型煤化工和煤基碳材料為代表的煤碳科學技術快速發展，將成為煤炭低碳清潔高效利用的主要領域，為煤炭原料的需求帶來較大的增長空間。

2.作為“兜底”保障構建國家新能源體系的機遇。作為中國低碳清潔安全高效能源體系構建的重要基礎和中國能源安全的“兜底”保障，煤炭的低碳潔凈高效利用是中國低碳清潔安全高效能源體系的組成部分;光、風、水、氫等新能源發展在可預見的未來需要可低碳清潔高效利用的煤，特別是相當長的時間內，清潔電力入網消納和電網穩定運行需要火力發電的匹配。

3.煤炭行業升級為高新技術產業的機遇。煤炭行業低碳化發展是國家重大需求，將倒逼煤炭行業實現產業升級和變革性技術創新;智能化、無人化、流態化、綠色化、低碳化，將成為未來煤炭高新技術產業的重要特征;煤基碳減排、礦區生態環境修復與固廢渣，將得到前所未有的重視，催生新的高科技領域。

煤炭低碳化技術路徑

我國需要探索實現煤炭低碳減排與潔凈高效利用的中國特色模式，實現減煤但不退煤、減碳與去碳同步，降低煤炭消費量和實施煤炭低碳潔凈高效利用的雙輪驅動，保障碳中和與能源安全“兜底”保障雙目標相統一。

1.減煤但不退煤。嚴控增長和逐漸降低煤炭消費量的同時，通過煤炭低碳化技術創新和煤炭產業低碳化實現“用煤（碳）不排碳”，打造未來煤炭行業（低碳化轉型+高技術升級+需求決定的適度規模）。

2.減碳與去碳同步。大力實施煤炭生產減排、煤炭生產和消費節能提效減排、煤燃燒新工藝減排、燃料變原料減排（新型煤化工+煤基碳材料利用）等多路徑減碳，同時加速發展以CCUS為代表的去碳技術，通過“減碳+去碳”（燃煤電廠+CCUS、煤制氫+CCUS、煤化工+CCUS等）實現煤炭低碳潔凈高效利用。

3.碳中和與能源安全“兜底”保障雙目標相統一。科學建設煤炭能源戰略儲備能力（儲備方式+儲備量+布局+配套），實現特殊情景下“兜底”保障有利的目標。

CCUS是實現低碳清潔高效利用的關鍵技術

各類研究和預測表明，CCUS是實現我國低碳清潔高效利用的關鍵技術，或將顯著影響中國能源行業低碳化發展的進程甚至方向。同時，CCUS是實現煤炭低碳潔凈高效利用的關鍵技術中的關鍵。

國際上CCUS被視為實現凈零排放的“兜底”技術，在中國CCUS是能源行業尤其是煤炭行業低碳化發展的緊迫需求。需要中高濃度與低濃度捕集兼顧，集群式封存（含地質利用）與分布式固碳利用相統籌，加快能源行業CCUS自主創新技術研發、實施CCUS集群規模化示范工程、實現CCUS超前應用和大規模部署，勢在必行。

圍繞二氧化碳峰值目標提供低碳能源技術支撐，我國對世界承諾，到 2030 年單位國內生產總值二氧化碳排放比2005 年下降 60%-65%、非化石能源占一次能源消費比重達到 20%左右、二氧化碳排放 2030 年左右達到峰值并爭取早日實現。這要求通過能源技術創新，加快構建綠色、低碳的能源技術體系。在二氧化碳捕集利用與封存（CCUS）領域，要重點發展驅油、驅氣、礦化、微藻制油與化工利用等技術，包括研究 CO2低能耗、大規模捕集利用技術，研究CO2驅油利用與封存技術、CO2驅煤層氣與封存技術、CO2驅水利用與封存技術、CO2礦化發電技術、CO2化學轉化利用技術、CO2生物轉化利用技術，研究 CO2礦物轉化、固定和利用技術，研究 CO2安全可靠封存、監測及運輸技術，建設百萬噸級CO2捕集利用和封存系統示范工程，全流量的CCUS系統在電力、煤炭、化工、礦物加工等系統獲得覆蓋性、常規性應用，實現CO2的可靠性封存、監測及長距離安全運輸等。

在“雙碳”目標下，我國未來10年內的CCUS技術攻關目標是：構建低成本、低能耗、安全可靠的 CCUS 技術體系和產業集群，努力實現 CCUS 各個環節技術的均衡發展，盡快進入大規模推廣應用商業化階段，為化石能源低碳化利用提供技術選擇。