陳曦  黃新  郭本帥    中石化南京化工研究院有限公司

江洋洋    中國石化集團南京化學工業(yè)有限公司

導讀

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

●CCUS未來的發(fā)展趨勢 

●CCUS面臨的挑戰(zhàn)

 CCUS（Carbon Capture，Utilization and Storage）是指將二氧化碳捕集、利用、封存或運輸?shù)降叵聝Υ娴募夹g，以減少或消除大氣中的二氧化碳排放，對于減緩全球氣候變化、實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展和應對環(huán)境污染具有重要意義。

CCUS未來的發(fā)展趨勢

1.全球范圍內的CCUS項目數(shù)量將不斷增加

目前，現(xiàn)有的CCUS項目已超百余個，國外規(guī)?；牡湫晚椖恐饕性跉W美和澳洲國家。

加拿大油砂：加拿大是全球最大的油砂生產(chǎn)國之一，油砂是一種非常規(guī)的石油資源。加拿大政府在油砂領域實施了多項CCUS項目，其中，二氧化碳注入井就是其中一項重要的措施。例如Suncor Energy公司的碳捕獲和封存項目、Syncrude Canada公司的低排放項目以及邊界大壩（Boundary Dam）項目等。

美國煤炭行業(yè)：美國是全球最大的煤炭生產(chǎn)國之一，煤炭行業(yè)也是溫室氣體排放的重要來源之一。美國政府在煤炭行業(yè)中實施了多個CCUS項目，例如，在美國懷俄明州運營的Petra Nova項目，每年能夠捕獲并封存約140萬噸二氧化碳。

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之一。澳大利亞政府在煤炭行業(yè)中實施的CCUS項目，例如，在澳大利亞昆士蘭州運營的Gorgon項目是一個重要的碳捕獲和封存項目，每年能夠捕獲并封存約300萬噸二氧化碳。

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，如在挪威運營的Snohvit項目是典型的CCUS項目，每年能夠捕獲約70萬噸二氧化碳。

國內典型CCUS示范項目：

中國石油化工集團：該公司在石油化工領域實施了多個CCUS項目，啟動了我國首個百萬噸級CCUS（二氧化碳捕集、利用與封存）項目——齊魯石化-勝利油田CCUS項目建設，項目將充分發(fā)揮公司上下游一體化優(yōu)勢，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油，實現(xiàn)變廢為寶，每年可減排二氧化碳100萬噸，相當于植樹近900萬棵。此外，中國石化南化研究院也是國內碳捕集、利用與封存技術領域的領先企業(yè)，擁有國內領先、國際先進的二氧化碳捕集技術，應用范圍廣泛，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、窯氣等領域。

中國神華集團：該公司是中國最大的煤炭企業(yè)之一，在煤炭開采和燃燒過程中實施了多項CCUS項目。該公司在內蒙古、新疆等地的多個礦區(qū)，通過捕獲并封存礦區(qū)內的二氧化碳，減少了溫室氣體排放，同時也提高了礦區(qū)的安全性。

國家電投集團：該公司是中國最大的能源企業(yè)之一，在火電行業(yè)實施了多項CCUS項目。該公司在上海、河北等地的多個發(fā)電廠實施了碳捕獲和封存項目，通過捕獲并封存發(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.技術創(chuàng)新將推動CCUS產(chǎn)業(yè)的發(fā)展

隨著科技的不斷進步和創(chuàng)新，CCUS技術將不斷優(yōu)化和改進，主要圍繞二氧化碳捕集率、利用率、封存率和安全性的提高，降低成本和風險等領域。未來，技術創(chuàng)新將成為推動CCUS產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要動力，將有更多的企業(yè)和研究機構投入到CCUS技術的研究和開發(fā)中。

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

在碳捕獲技術方面

目前，已經(jīng)有一些成熟的技術應用于實踐中，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中的關鍵材料之一，例如分子篩、硅膠、活性炭等。然而，這些材料存在一些缺點，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的重要方向之一。一些新型的吸附材料包括金屬有機框架（MOFs）、多孔有機聚合物（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，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、吸收容量較小等缺點。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、低腐蝕性等特點的新型吸收材料正在加速攻關。

在新型膜分離技術方面，目前，一些成熟的膜分離技術包括聚合物膜、陶瓷膜等，這些膜具有高選擇性、低能耗等特點，能夠有效提高碳捕獲的效率和效果。除了上述新技術外，還有一些其他的碳捕獲新技術正在研究和開發(fā)中，例如基于太陽能或風能的碳捕獲技術、基于生物質的碳捕獲技術等。這些新技術具有很大的潛力和發(fā)展前景，但需要進一步研究和驗證其可行性和經(jīng)濟性。

碳運輸是CCUS的重要環(huán)節(jié)之一，將捕獲的二氧化碳通過管道、船舶、車輛等方式運輸?shù)侥康牡?。目前，碳運輸技術已經(jīng)比較成熟，車輛運輸為目前主要運輸方式，未來，將采用管道運輸?shù)姆绞竭M行長距離運輸，中國石化已經(jīng)建設了國內首條百萬噸級二氧化碳輸送管道，全長109公里，是目前國內規(guī)模最大、輸送距離最長的二氧化碳輸送管道。

在碳利用技術方面

碳利用是CCUS的重要環(huán)節(jié)之一，將捕獲的二氧化碳轉化為有價值的化學品或材料。目前，已經(jīng)有一些成熟的碳利用技術應用于實踐中，例如二氧化碳驅油、二氧化碳礦化、二氧化碳轉化為甲醇、乙二醇等化學品，以及二氧化碳轉化為可降解塑料等材料。此外，還有一些新興的碳利用技術正在研究和開發(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管狀材料，具有出色的力學、電學和化學性能，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，減少對環(huán)境的污染。

在碳封存技術方面

注入井封存、鹽水層封存等技術相對成熟，但由于碳封存可能存在安全風險和環(huán)境問題，如在注入后，需要對儲層進行監(jiān)測，以確保二氧化碳被封存在儲層中?？梢允褂玫卣鹂碧?、測井等方法進行監(jiān)測，并記錄二氧化碳的封存情況；在二氧化碳封存過程中，需要采取措施避免對環(huán)境造成污染和損害，可以采取一系列環(huán)境保護措施，例如監(jiān)測地下水水質、防止地面沉降等；并降低石油和天然氣等能源的消耗。同時，也可以帶來經(jīng)濟效益，例如減少能源成本、降低環(huán)境污染成本等。

3.多樣化的應用場景將不斷拓展

CCUS（二氧化碳捕集、利用與封存）是一種綜合性的技術，可以應用于多個領域，CCUS的多樣化應用場景舉例如下：

（1）電力行業(yè)：通過捕集、利用和封存二氧化碳來減少溫室氣體排放。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，然后進行利用或封存。

（2）工業(yè)領域：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）交通運輸：交通運輸也是溫室氣體排放的重要來源之一。例如通過生物燃料和燃料電池等技術將二氧化碳轉化為能源。

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

（5）環(huán)境修復：例如通過捕集和封存二氧化碳來修復受損的生態(tài)系統(tǒng)，或者使用二氧化碳來促進植物生長和土壤肥力。

上述應用場景表明，CCUS技術具有廣泛的應用前景和潛力。通過多樣化應用場景的探索和開發(fā)，可進一步推動CCUS技術的發(fā)展，為減緩氣候變化和促進可持續(xù)發(fā)展做出更大的貢獻。

CCUS面臨的挑戰(zhàn)

1.技術成本和經(jīng)濟效益問題

目前，CCUS技術成本較高，需要大量的能源和資金投入，對于一些企業(yè)和項目來說，可能會存在經(jīng)濟效益的問題。未來，需要采取有效措施降低CCUS技術的成本，提高其經(jīng)濟效益，使其能夠在更多的領域得到應用和推廣。

CCUS技術成本和經(jīng)濟效益因應用場景和地區(qū)而異。以下是一些關于CCUS技術成本和經(jīng)濟效益的總結：

（1）成本方面：CCUS技術的成本主要包括捕集、運輸、封存等環(huán)節(jié)的費用。具體而言，捕集環(huán)節(jié)的成本主要包括設備投資、運行能耗、化學品費用等；運輸環(huán)節(jié)的成本主要包括管道建設、運輸費用等；封存環(huán)節(jié)的成本主要包括儲層租賃、封存作業(yè)等費用。根據(jù)不同場景和地區(qū)的情況，CCUS技術的成本也會有所不同。

（2）經(jīng)濟效益方面：CCUS技術的應用可以帶來多種經(jīng)濟效益，包括減少溫室氣體排放、提高能源效率、促進經(jīng)濟發(fā)展等。具體而言，通過捕集和利用二氧化碳，可以促進二氧化碳資源的利用，減少能源消耗和溫室氣體排放；通過封存二氧化碳，可以減緩氣候變化和地質災害等風險；同時，CCUS技術還可以帶動相關產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，促進就業(yè)和經(jīng)濟增長。

2.二氧化碳封存的安全性和環(huán)境風險

二氧化碳封存在地下儲存過程中存在泄漏和環(huán)境風險，需要采取有效的措施和監(jiān)測手段來確保其安全性和環(huán)境可控性。未來需要加強二氧化碳封存技術的安全性和環(huán)境風險評估，完善相關的監(jiān)管制度和規(guī)范標準，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)管問題CCUS技術的實施需要政府支持和監(jiān)管，同時也需要制定相應的政策和法規(guī)來規(guī)范其發(fā)展和管理，協(xié)同政府、企業(yè)和社會各方面的共同努力，建立科學合理的監(jiān)管體系，促進CCUS技術的健康有序發(fā)展。

4.社會認知度和接受度問題CCUS技術對于一些公眾來說可能存在認知度和接受度的問題，需要加強宣傳和教育，提高公眾的認知度和接受度，增強社會對CCUS技術的支持和參與度。

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