二氧化碳捕集、利用與儲存（CCUS）技術進展及趨勢分析★

尹愛華，梁 雄，康彥懷，凌 磊，張雲璽，劉曉祥

（蘭州裕隆氣體股份有限公司，甘肅 蘭州 730030）

0 引言

二氧化碳捕集、利用與封存技術，作為一種新興的二氧化碳減排技術，是應對全球氣候變化、控制二氧化碳溫室氣體排放的關鍵技術之一。尤其是近年來我國指定雙碳目標下的減排目標，對國內二氧化碳排放的統計、監測及考核辦法有了明確規定，也充分體現出我國對應對氣候變化、減少二氧化碳排放、加快企業綠色低碳轉型發展的關切與決心。本文通過分析該項技術發展現狀，針對其中的能耗問題對其未來發展趨勢及商業化應用進行探討。

1 CCUS 技術應用現狀

二氧化碳捕集、利用與儲存技術應用現狀主要包括三個方面，即在驅油、煤層氣驅替及地質封存領域的應用，在生產化工原料產品方面的利用以及在微藻制油方面的生物利用等。其中該項技術的封存利用流程如圖1 所示?，F階段利用二氧化碳開展原油驅替技術已較為成熟，可有效提高原油產收率，同時可將捕集二氧化碳通過壓縮液化回填廢棄油氣田枯井、含水巖層等，實現封存效果；在化工利用方面利用二氧化碳制成尿素、碳酸氫銨、合成氣等化工原料產品，工藝技術也較為成熟；生物利用方面利用微藻光合作用進行固碳提取生物柴油，在國內已存在多項示范工程，因此總體來說，CCUS 技術有著廣泛的發展應用前景，主要發展瓶頸就在于通過加大研發投入及先進技術應用，實現規模化利用、降低生產能耗。

圖1 CCUS 技術應用工序流程

2 CCUS 技術存在的問題

2.1 技術發展能耗較高

在CCUS 技術進行二氧化碳捕集封存的各道工序（圖1）中都需要損耗電、蒸汽能等間接進行二氧化碳排放，因此對減排量的計算也需要對這部分能耗進行統計計算，具體公式為：凈減排量=直接減排量-間接能耗排放量。其中對間接能耗的排放量計算，按照各種利用及封存途徑進行劃分。

1）驅油及地質封存。二氧化碳驅油及地質封存技術中的主要能耗見表1 所示，主要來源于二氧化碳捕集、液化輸送及注入三部分。

表1 某百萬噸級二氧化碳驅油技術能耗統計

2）化工產品及微藻制油?；ぎa品生產能耗以尿素生產為例，捕集輸送二氧化碳每噸消耗211 kW·h電能、1 t 蒸汽。同時生產每噸尿素的工藝流程中需要消耗液氨0.58 t、二氧化碳0.733 t，消耗電能138 kW·h、蒸汽1.321 t。通過如表1 方法對總能耗進行統計，二氧化碳制尿素化工原料生產能耗將達到1 09 kW·h電能、3.51 t 蒸汽損耗量。同理，利用二氧化碳進行微藻生物制油技術中的主要能耗見表2 所示[1]。

表2 二氧化碳微藻制油技術能耗統計

3）礦化技術。通過參考某項目生產硫基復合肥設計資料，對其中涉及到的生產能耗進行統計分析，最終可估算出每噸二氧化碳合計能耗電能3 859 kW·h、蒸汽17.8 t。因此結合上述計算公式對各項關鍵技術的減排效果進行統計，結果見表3 所示?？梢钥闯觯隍層?、地質封存以及化工產品制造技術領域，可以實現二氧化碳的凈減排，而微藻制油、礦化技術領域，由于當前技術工藝的影響，會增加二氧化碳的排放量。

表3 CCUS 技術凈減排量數據統計

2.2 地質封存存在潛在風險

在CCUS 技術進行驅油、煤層氣驅替及地質封存應用中，會對實施地環境產生一定的影響，包括在二氧化碳增壓注入過程中，若注入壓力過高對誘發原生裂隙及斷層等的移動，產生地震。同時二氧化碳輸送管道滲漏的影響，會對周邊環境中居民、生態環境造成嚴重破壞，包括對土壤生態系統的有機質平衡、地層pH 值等產生影響，甚至污染地下水源[2]。

3 CCUS 技術發展趨勢分析

1）發展潛力大，被認定為是當前最具發展前景的減排技術。結合技術發展現狀及經濟效益分析，當前CCUS 技術的首選為驅油利用，其次是驅替煤層氣和含水層存儲技術。由于我國主體能源結構短期仍以煤炭資源為主，二氧化碳排放量仍會不斷增加，二氧化碳減排任務依舊艱巨，現階段主要的減排手段還是通過提高能效、新能源替代和捕集封存三種，其中各技術占比分布見表4 所示?？梢钥闯觯皟煞N手段后續發展勁頭逐漸呈衰退態勢，只有CCUS 技術以單個技術逐漸占據較高減排份額，發展前景較好。有相關機構對國內二氧化碳地質封存潛力進行過評估，具體結果見表5 所示。從先階段實施情況來看，驅油、驅替煤層氣均已存在成功運行案例，且具備一定經濟效益，值得后續大規模商業化推廣應用；而咸水層等地質封存技術，目前無明顯經濟效益，也可做為未來二氧化碳減排重要技術手段[3]。

表4 各減排手段占比情況分析

表5 二氧化碳地質封存潛力評估

2）二氧化碳微藻制油、化工及礦化利用。對二氧化碳的利用技術需要考慮能耗和成本問題，以微藻制油技術為例，將我國鹽堿地、沙漠荒地等閑置土地大規模開展微藻制油建設，可為市場提供足量液體燃料；同時將二氧化碳作為原料制成尿素、碳酸氫銨、甲烷等化工原料及制品，或利用鈣、鎂礦石對二氧化碳進行礦化利用，均可實現對二氧化碳的大規模減排處理。同時上述技術具備較高的市場經濟效益，唯一缺點在于能耗及成本問題，因此未來發展方向在于降低技術能耗，實現商業化大規模應用。

3）CCUS 技術與新能源的耦合應用。從兩者耦合應用角度，減少CCUS 技術能耗的同時，促進新能源技術發展，風能、太陽能接入電網后會發生較大波動，將部分未能引入電網的電能用于CCUS 技術，即可降低該技術能耗，又能提高新能源利用率；同時將新能源產生的電能提去高溫電解H2O、CO2制取CO+H2合成氣，生產清潔液體燃料等，都是兩者耦合應用的有效途徑。

4）CCUS 技術的安全規范發展。通過指定完善的風險防范措施，對該項技術應用過程中的二氧化碳輸送、封存及后續效果監測環節做好安全防護工作，提高安全防護技術水平。尤其是當前國內對二氧化碳管道輸送安全技術研究較為匱乏，缺乏長距離管道輸送標準規范，同時對地質封存的選址封存評估技術不夠成熟完善，CCUS 技術的實施安全性還有待提高。同時對完成地質封存后，二氧化碳滲漏問題的補救方案措施，及預防滲漏的監測監控技術仍有著很大發展空間。

4 結語

當前CCUS 技術的主要發展瓶頸在于成本及能耗問題，通過分析CCUS 技術應用現狀，提出凈減排量計算公式，并對地質利用封存、化工利用及生物利用技術中的能耗問題和發展前景進行分析。通過研發新技術降低生產能耗、新能源耦合利用等措施實現減排效果，同時注重封存過程中的潛在環境危害，提高安全防護技術水平。