陳曦  黃新  郭本帥    中石化南京化工研究院有限公司

江洋洋    中國(guó)石化集團(tuán)南京化學(xué)工業(yè)有限公司

導(dǎo)讀

隨著科技的不斷進(jìn)步和創(chuàng)新，CCUS技術(shù)將不斷優(yōu)化和改進(jìn)，主要圍繞二氧化碳捕集率、利用率、封存率和安全性的提高，降低成本和風(fēng)險(xiǎn)等領(lǐng)域

●CCUS未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì) 

●CCUS面臨的挑戰(zhàn)

 CCUS（Carbon Capture，Utilization and Storage）是指將二氧化碳捕集、利用、封存或運(yùn)輸?shù)降叵聝?chǔ)存的技術(shù)，以減少或消除大氣中的二氧化碳排放，對(duì)于減緩全球氣候變化、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展和應(yīng)對(duì)環(huán)境污染具有重要意義。

CCUS未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)

1.全球范圍內(nèi)的CCUS項(xiàng)目數(shù)量將不斷增加

目前，現(xiàn)有的CCUS項(xiàng)目已超百余個(gè)，國(guó)外規(guī)?；牡湫晚?xiàng)目主要集中在歐美和澳洲國(guó)家。

加拿大油砂：加拿大是全球最大的油砂生產(chǎn)國(guó)之一，油砂是一種非常規(guī)的石油資源。加拿大政府在油砂領(lǐng)域?qū)嵤┝硕囗?xiàng)CCUS項(xiàng)目，其中，二氧化碳注入井就是其中一項(xiàng)重要的措施。例如Suncor Energy公司的碳捕獲和封存項(xiàng)目、Syncrude Canada公司的低排放項(xiàng)目以及邊界大壩（Boundary Dam）項(xiàng)目等。

美國(guó)煤炭行業(yè)：美國(guó)是全球最大的煤炭生產(chǎn)國(guó)之一，煤炭行業(yè)也是溫室氣體排放的重要來(lái)源之一。美國(guó)政府在煤炭行業(yè)中實(shí)施了多個(gè)CCUS項(xiàng)目，例如，在美國(guó)懷俄明州運(yùn)營(yíng)的Petra Nova項(xiàng)目，每年能夠捕獲并封存約140萬(wàn)噸二氧化碳。

澳大利亞煤炭行業(yè)：澳大利亞也是全球最大的煤炭出口國(guó)之一。澳大利亞政府在煤炭行業(yè)中實(shí)施的CCUS項(xiàng)目，例如，在澳大利亞昆士蘭州運(yùn)營(yíng)的Gorgon項(xiàng)目是一個(gè)重要的碳捕獲和封存項(xiàng)目，每年能夠捕獲并封存約300萬(wàn)噸二氧化碳。

歐洲北海地區(qū)：歐洲北海地區(qū)是全球重要的石油和天然氣生產(chǎn)區(qū)域之一，如在挪威運(yùn)營(yíng)的Snohvit項(xiàng)目是典型的CCUS項(xiàng)目，每年能夠捕獲約70萬(wàn)噸二氧化碳。

國(guó)內(nèi)典型CCUS示范項(xiàng)目：

中國(guó)石油化工集團(tuán)：該公司在石油化工領(lǐng)域?qū)嵤┝硕鄠€(gè)CCUS項(xiàng)目，啟動(dòng)了我國(guó)首個(gè)百萬(wàn)噸級(jí)CCUS（二氧化碳捕集、利用與封存）項(xiàng)目——齊魯石化-勝利油田CCUS項(xiàng)目建設(shè)，項(xiàng)目將充分發(fā)揮公司上下游一體化優(yōu)勢(shì)，把齊魯石化捕集的二氧化碳輸送至勝利油田注入地層封存并驅(qū)油，實(shí)現(xiàn)變廢為寶，每年可減排二氧化碳100萬(wàn)噸，相當(dāng)于植樹(shù)近900萬(wàn)棵。此外，中國(guó)石化南化研究院也是國(guó)內(nèi)碳捕集、利用與封存技術(shù)領(lǐng)域的領(lǐng)先企業(yè)，擁有國(guó)內(nèi)領(lǐng)先、國(guó)際先進(jìn)的二氧化碳捕集技術(shù)，應(yīng)用范圍廣泛，包括傳統(tǒng)的合成氣二氧化碳捕集到天然氣、煉廠氣、EO/EG循環(huán)氣、F-T合成循環(huán)氣、各種煙氣、高爐氣、窯氣等領(lǐng)域。

中國(guó)神華集團(tuán)：該公司是中國(guó)最大的煤炭企業(yè)之一，在煤炭開(kāi)采和燃燒過(guò)程中實(shí)施了多項(xiàng)CCUS項(xiàng)目。該公司在內(nèi)蒙古、新疆等地的多個(gè)礦區(qū)，通過(guò)捕獲并封存礦區(qū)內(nèi)的二氧化碳，減少了溫室氣體排放，同時(shí)也提高了礦區(qū)的安全性。

國(guó)家電投集團(tuán)：該公司是中國(guó)最大的能源企業(yè)之一，在火電行業(yè)實(shí)施了多項(xiàng)CCUS項(xiàng)目。該公司在上海、河北等地的多個(gè)發(fā)電廠實(shí)施了碳捕獲和封存項(xiàng)目，通過(guò)捕獲并封存發(fā)電廠產(chǎn)生的二氧化碳，減少了電力行業(yè)中溫室氣體的排放。

 2.技術(shù)創(chuàng)新將推動(dòng)CCUS產(chǎn)業(yè)的發(fā)展

隨著科技的不斷進(jìn)步和創(chuàng)新，CCUS技術(shù)將不斷優(yōu)化和改進(jìn)，主要圍繞二氧化碳捕集率、利用率、封存率和安全性的提高，降低成本和風(fēng)險(xiǎn)等領(lǐng)域。未來(lái)，技術(shù)創(chuàng)新將成為推動(dòng)CCUS產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要?jiǎng)恿?，將有更多的企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)投入到CCUS技術(shù)的研究和開(kāi)發(fā)中。

CCUS是一種綜合性的技術(shù)，包括碳捕獲、碳運(yùn)輸、碳利用和碳封存等多個(gè)環(huán)節(jié)。以下是部分CCUS新技術(shù)和應(yīng)用的舉例：

在碳捕獲技術(shù)方面

目前，已經(jīng)有一些成熟的技術(shù)應(yīng)用于實(shí)踐中，例如吸附法、吸收法和膜分離法等。在吸附法方面，吸附材料是碳捕獲技術(shù)中的關(guān)鍵材料之一，例如分子篩、硅膠、活性炭等。然而，這些材料存在一些缺點(diǎn)，例如吸附容量較小、吸附選擇性較差等。因此，研究新型吸附材料是碳捕獲技術(shù)的重要方向之一。一些新型的吸附材料包括金屬有機(jī)框架（MOFs）、多孔有機(jī)聚合物（POPs）、碳納米管等，這些材料具有高比表面積、高吸附容量和高選擇性等特點(diǎn)，能夠有效提高碳捕獲的效率和效果。

在新型吸收材料方面，一些成熟的吸收材料包括有機(jī)胺類溶液、氫氧化鈉溶液、碳酸鉀溶液等，這些材料能夠有效地吸收二氧化碳，但仍存在腐蝕性較強(qiáng)、吸收容量較小等缺點(diǎn)。因此，如離子液體、相變吸收劑、少水吸收劑等具有高吸收容量、低腐蝕性等特點(diǎn)的新型吸收材料正在加速攻關(guān)。

在新型膜分離技術(shù)方面，目前，一些成熟的膜分離技術(shù)包括聚合物膜、陶瓷膜等，這些膜具有高選擇性、低能耗等特點(diǎn)，能夠有效提高碳捕獲的效率和效果。除了上述新技術(shù)外，還有一些其他的碳捕獲新技術(shù)正在研究和開(kāi)發(fā)中，例如基于太陽(yáng)能或風(fēng)能的碳捕獲技術(shù)、基于生物質(zhì)的碳捕獲技術(shù)等。這些新技術(shù)具有很大的潛力和發(fā)展前景，但需要進(jìn)一步研究和驗(yàn)證其可行性和經(jīng)濟(jì)性。

碳運(yùn)輸是CCUS的重要環(huán)節(jié)之一，將捕獲的二氧化碳通過(guò)管道、船舶、車輛等方式運(yùn)輸?shù)侥康牡?。目前，碳運(yùn)輸技術(shù)已經(jīng)比較成熟，車輛運(yùn)輸為目前主要運(yùn)輸方式，未來(lái)，將采用管道運(yùn)輸?shù)姆绞竭M(jìn)行長(zhǎng)距離運(yùn)輸，中國(guó)石化已經(jīng)建設(shè)了國(guó)內(nèi)首條百萬(wàn)噸級(jí)二氧化碳輸送管道，全長(zhǎng)109公里，是目前國(guó)內(nèi)規(guī)模最大、輸送距離最長(zhǎng)的二氧化碳輸送管道。

在碳利用技術(shù)方面

碳利用是CCUS的重要環(huán)節(jié)之一，將捕獲的二氧化碳轉(zhuǎn)化為有價(jià)值的化學(xué)品或材料。目前，已經(jīng)有一些成熟的碳利用技術(shù)應(yīng)用于實(shí)踐中，例如二氧化碳驅(qū)油、二氧化碳礦化、二氧化碳轉(zhuǎn)化為甲醇、乙二醇等化學(xué)品，以及二氧化碳轉(zhuǎn)化為可降解塑料等材料。此外，還有一些新興的碳利用技術(shù)正在研究和開(kāi)發(fā)中，例如：二氧化碳制碳納米管。碳納米管是一種由石墨烯卷曲而成的納米級(jí)管狀材料，具有出色的力學(xué)、電學(xué)和化學(xué)性能，可用于制高性能的電池、傳感器、電子器件等。二氧化碳可制聚合物、塑料和橡膠等高分子材料，還可以制生物降解材料，例如聚乳酸（PLA）和聚羥基脂肪酸酯（PHA）。這些材料可在自然環(huán)境中被微生物分解，減少對(duì)環(huán)境的污染。

在碳封存技術(shù)方面

注入井封存、鹽水層封存等技術(shù)相對(duì)成熟，但由于碳封存可能存在安全風(fēng)險(xiǎn)和環(huán)境問(wèn)題，如在注入后，需要對(duì)儲(chǔ)層進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以確保二氧化碳被封存在儲(chǔ)層中。可以使用地震勘探、測(cè)井等方法進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并記錄二氧化碳的封存情況；在二氧化碳封存過(guò)程中，需要采取措施避免對(duì)環(huán)境造成污染和損害，可以采取一系列環(huán)境保護(hù)措施，例如監(jiān)測(cè)地下水水質(zhì)、防止地面沉降等；并降低石油和天然氣等能源的消耗。同時(shí)，也可以帶來(lái)經(jīng)濟(jì)效益，例如減少能源成本、降低環(huán)境污染成本等。

3.多樣化的應(yīng)用場(chǎng)景將不斷拓展

CCUS（二氧化碳捕集、利用與封存）是一種綜合性的技術(shù)，可以應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域，CCUS的多樣化應(yīng)用場(chǎng)景舉例如下：

（1）電力行業(yè)：通過(guò)捕集、利用和封存二氧化碳來(lái)減少溫室氣體排放。例如，在燃煤電廠中安裝二氧化碳捕集裝置，將二氧化碳從煙氣中分離出來(lái)，然后進(jìn)行利用或封存。

（2）工業(yè)領(lǐng)域：例如石油、化工、鋼鐵等。在這些行業(yè)中，可以使用二氧化碳作為原料或溶劑。

（3）交通運(yùn)輸：交通運(yùn)輸也是溫室氣體排放的重要來(lái)源之一。例如通過(guò)生物燃料和燃料電池等技術(shù)將二氧化碳轉(zhuǎn)化為能源。

（4）農(nóng)業(yè)領(lǐng)域：在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，CCUS技術(shù)可以應(yīng)用于土地管理和農(nóng)作物生產(chǎn)中。例如，可以使用二氧化碳施肥來(lái)增加農(nóng)作物的產(chǎn)量。

（5）環(huán)境修復(fù)：例如通過(guò)捕集和封存二氧化碳來(lái)修復(fù)受損的生態(tài)系統(tǒng)，或者使用二氧化碳來(lái)促進(jìn)植物生長(zhǎng)和土壤肥力。

上述應(yīng)用場(chǎng)景表明，CCUS技術(shù)具有廣泛的應(yīng)用前景和潛力。通過(guò)多樣化應(yīng)用場(chǎng)景的探索和開(kāi)發(fā)，可進(jìn)一步推動(dòng)CCUS技術(shù)的發(fā)展，為減緩氣候變化和促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展做出更大的貢獻(xiàn)。

CCUS面臨的挑戰(zhàn)

1.技術(shù)成本和經(jīng)濟(jì)效益問(wèn)題

目前，CCUS技術(shù)成本較高，需要大量的能源和資金投入，對(duì)于一些企業(yè)和項(xiàng)目來(lái)說(shuō)，可能會(huì)存在經(jīng)濟(jì)效益的問(wèn)題。未來(lái)，需要采取有效措施降低CCUS技術(shù)的成本，提高其經(jīng)濟(jì)效益，使其能夠在更多的領(lǐng)域得到應(yīng)用和推廣。

CCUS技術(shù)成本和經(jīng)濟(jì)效益因應(yīng)用場(chǎng)景和地區(qū)而異。以下是一些關(guān)于CCUS技術(shù)成本和經(jīng)濟(jì)效益的總結(jié)：

（1）成本方面：CCUS技術(shù)的成本主要包括捕集、運(yùn)輸、封存等環(huán)節(jié)的費(fèi)用。具體而言，捕集環(huán)節(jié)的成本主要包括設(shè)備投資、運(yùn)行能耗、化學(xué)品費(fèi)用等；運(yùn)輸環(huán)節(jié)的成本主要包括管道建設(shè)、運(yùn)輸費(fèi)用等；封存環(huán)節(jié)的成本主要包括儲(chǔ)層租賃、封存作業(yè)等費(fèi)用。根據(jù)不同場(chǎng)景和地區(qū)的情況，CCUS技術(shù)的成本也會(huì)有所不同。

（2）經(jīng)濟(jì)效益方面：CCUS技術(shù)的應(yīng)用可以帶來(lái)多種經(jīng)濟(jì)效益，包括減少溫室氣體排放、提高能源效率、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展等。具體而言，通過(guò)捕集和利用二氧化碳，可以促進(jìn)二氧化碳資源的利用，減少能源消耗和溫室氣體排放；通過(guò)封存二氧化碳，可以減緩氣候變化和地質(zhì)災(zāi)害等風(fēng)險(xiǎn)；同時(shí)，CCUS技術(shù)還可以帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，促進(jìn)就業(yè)和經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)。

2.二氧化碳封存的安全性和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)

二氧化碳封存在地下儲(chǔ)存過(guò)程中存在泄漏和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，需要采取有效的措施和監(jiān)測(cè)手段來(lái)確保其安全性和環(huán)境可控性。未來(lái)需要加強(qiáng)二氧化碳封存技術(shù)的安全性和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，完善相關(guān)的監(jiān)管制度和規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，確保二氧化碳封存的安全性和環(huán)境可持續(xù)性。

3.政策法規(guī)和監(jiān)管問(wèn)題CCUS技術(shù)的實(shí)施需要政府支持和監(jiān)管，同時(shí)也需要制定相應(yīng)的政策和法規(guī)來(lái)規(guī)范其發(fā)展和管理，協(xié)同政府、企業(yè)和社會(huì)各方面的共同努力，建立科學(xué)合理的監(jiān)管體系，促進(jìn)CCUS技術(shù)的健康有序發(fā)展。

4.社會(huì)認(rèn)知度和接受度問(wèn)題CCUS技術(shù)對(duì)于一些公眾來(lái)說(shuō)可能存在認(rèn)知度和接受度的問(wèn)題，需要加強(qiáng)宣傳和教育，提高公眾的認(rèn)知度和接受度，增強(qiáng)社會(huì)對(duì)CCUS技術(shù)的支持和參與度。

“綠色產(chǎn)業(yè)投資”專欄由中國(guó)低碳網(wǎng)發(fā)起成立的中國(guó)綠色碳匯基金會(huì)碳中和促進(jìn)基金與《中國(guó)投資》雜志社共同合辦