李陽：雙碳時代 讓碳捕集、利用與封存駛上發(fā)展快軌

大氣網訊:2020年9月，習近平總書記在第七十五屆聯合國大會一般性辯論上指出，中國將提高國家自主貢獻力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現碳中和。這一莊嚴承諾，為我國能源產業(yè)發(fā)展指明了目標與方向。

2021年3月5日，國務院總理李克強在第十三屆全國人民代表大會第四次會議所作的政府工作報告中明確指出：“落實2030年應對氣候變化國家自主貢獻目標,加快發(fā)展方式綠色轉型……扎實做好碳達峰、碳中和各項工作，制定2030年前碳排放達峰行動方案……中國作為地球村的一員，將以實際行動為全球應對氣候變化作出應有貢獻?！?/p>

毋庸諱言，我國“雙碳”時期已經到來。由此，作為以傳播石油科學為己任的“石油科學傳播”微信公眾平臺，關注到了一個與我國“雙碳”承諾密切相關的話題——CCUS。圍繞這一話題，石油科學傳播近日對中國工程院院士李陽進行了專訪。

石油科學傳播：請李院士為我們普及一下什么是CCUS？

李陽：隨著全球溫度上升，氣候變化加劇，嚴重影響人類經濟社會發(fā)展、生命健康、糧食安全、生態(tài)系統(tǒng)等方面，以CO2為主的溫室氣體排放是造成氣候變化的重要原因。自工業(yè)化以來，隨著大量化石能源的使用，人為二氧化碳(CO2)氣體排放量大幅增加，使得大氣中二氧化碳濃度明顯上升，導致全球氣候系統(tǒng)變暖。

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(fā)展的新技術。CCS是通過碳捕集技術，將工業(yè)和有關能源產業(yè)所生產的二氧化碳分離出來，將其輸送并封存到海底或地下，使其與大氣隔絕，以保護大氣環(huán)境。

CCUS與CCS不同，強調了對二氧化碳的資源化利用技術的研發(fā)和產業(yè)化，包括地質領域、化工利用和生物利用，通過將化石利用排放的二氧化碳或從空氣中捕集的二氧化碳轉化為燃料或化工產品，服務經濟社會的發(fā)展，以大幅度減少碳排放。因此，CCUS就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CO2進行捕集、埋存和轉化利用，減少排放到大氣中的CO2。CCUS作為應對全球氣候變化、控制溫室氣體排放的重要技術手段，國際社會都在積極推動CCUS技術發(fā)展與產業(yè)化應用。

石油科學傳播：請李院士談一談CCUS技術的發(fā)展歷程，以及目前在國際、國內分別呈現出怎樣的發(fā)展態(tài)勢？

李陽：早在上世紀70-80年代，北美地區(qū)就開展了二氧化碳驅油提高采收率的應用，大幅度增加了原油產量，同時，也實現了部分二氧化碳的埋存。我國由于缺乏大規(guī)模的二氧化碳氣源，該項工作開展較少。

隨著國際社會應對氣候變化和碳減排行動計劃的開展，上世紀80年代，聯合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）提出了CCS技術。2010年，我國科技界提出了碳捕集、碳資源化利用及碳封存并重發(fā)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定。截至2020年年底，全球正在運行的大型CCUS示范項目有26個，每年可捕集封存二氧化碳約4000萬噸。二氧化碳捕集技術的發(fā)展，為二氧化碳驅油提高采收率技術和項目實施提供了條件，也推動了化學轉化和生物利用技術的發(fā)展。

隨著全球應對氣候變化和碳中和目標的提出，CCUS作為減碳、固碳技術，已成為多個國家碳中和行動計劃的重要組成部分，英國、日本、澳大利亞等國家紛紛制定政策鼓勵CCUS發(fā)展。英國提出投資2億英鎊用于碳捕集，計劃于2030年實現每年捕獲1000萬噸二氧化碳；日本發(fā)布綠色增長戰(zhàn)略，進一步降低捕集二氧化碳的技術成本，并將其擴展到EOR以外的應用領域；澳大利亞政府批復了5000萬澳元，用于發(fā)展CCUS技術。

目前CCUS總的發(fā)展態(tài)勢，主要表現在以下幾個方面：一是捕集技術低成本化。由于電廠、鋼鐵、水泥等排放源排放的CO2濃度較低（多為10%-15%），直接封存效率低，運輸和利用成本高，CO2捕集是CCUS的重要環(huán)節(jié)。但是目前捕集技術能耗和成本總體偏高，需要研發(fā)新一代低成本捕集技術。二是驅油和埋存工程規(guī)?；?。挪威Sleipner項目1996年啟動，是世界上第一個工業(yè)級的咸水層CO2埋存項目，每年約埋存100萬噸二氧化碳。澳大利亞Gorgon是世界上最大的地質封存項目，2019年8月運行，每年捕集并封存340-400萬噸二氧化碳。加拿大邊界大壩項目是世界上第一批商業(yè)化規(guī)模的CCUS設施之一， 2014年10月開始運營，每年可捕集約為一百萬噸二氧化碳，通過管道輸送至薩斯喀徹溫省Weyburn油田用于提高石油采收率。三是化工利用和生物利用技術研發(fā)快速發(fā)展，如CO2重整制備合成氣、合成可降解聚合物技術、合成有機碳酸酯技術等研究已進入示范階段；二氧化碳電催化還原合成化學品、基于二氧化碳光催化轉化的人工光合作用等新技術不斷涌現。

我國非常重視CCUS技術發(fā)展，制定了多項科技支持計劃。但整體來看，我國在CCUS技術發(fā)展方面，基礎研究工作還較為薄弱，示范應用規(guī)模相對較小。雙碳時代，需要進一步加快技術研發(fā)，加大重大示范引領力度，推動CCUS技術及產業(yè)化發(fā)展。

石油科學傳播：CCUS研究的用途、價值、創(chuàng)新及亮點是什么？科研成果轉化情況如何？經濟效益能否測算？怎樣測算？

李陽：控制溫度繼續(xù)升高已經成為全球共同的行動，碳中和更是全球氣候變化治理的共同目標。但是受資源、技術局限或安全、經濟等因素限制，在可預期的未來較長時期內，人類經濟社會活動離不開化石能源，人類生產生活中二氧化碳的排放不可避免的，因此CCUS作為一種減碳、負碳技術，是應對氣候變化不可或缺的技術。

對于CCUS在應對氣候變化中的作用，國際能源署和政府間氣候變化專門委員會都建立了相應的情景模型，對CCUS在碳減排中的價值和地位進行預測和評價。根據IEA預測，CCUS在2030、2050、2070年的減排貢獻將占全球總排放的4%、12%、85%。

對于CCUS的創(chuàng)新，主要有三個亮點，一是多能互補耦合利用。CCUS技術離不開能源的使用，而將CCUS與可再生能源進行耦合，利用可再生能源為捕集和轉化技術提供熱力和能量供給，拓寬了清潔能源應用空間、延展了清潔固碳產業(yè)鏈。二是資源化利用。將二氧化碳作為一種資源或過程產物，通過化學或生物轉化，將氣態(tài)CO2固定在各種碳化合物中，實現CO2資源化利用，減少二氧化碳排放到大氣。主要包括CO2化工利用和生物轉化利用，這兩種方式都不僅能實現CO2減排，還可以創(chuàng)造較高收益。三是CCUS全生命周期碳減排技術與評價，即考慮CCUS技術在二氧化碳捕集、利用和封存過程中，消耗能源造成的二次排放CO2量，又考慮二氧化碳資源化利用和封存所產生經濟和社會效益，從全過程、全生命周期角度，對CCUS封存與固碳進行能量、環(huán)境、經濟多維度分析，全面評價總碳減排量、減排貢獻度、碳減排經濟性等指標，推動CCUS技術發(fā)展。

應該說，目前CCUS技術及產業(yè)發(fā)展正處于研發(fā)和示范階段，存在捕集能耗高、成本高，源-匯匹配性差、產業(yè)模式不成熟，資源化利用轉化效率低，驅油利用技術成熟但示范規(guī)模小等問題，大規(guī)模推廣還面臨很多挑戰(zhàn)。

對CCUS項目進行效益評價有多種方法，目前常用的全生命周期評價方法，是在二氧化碳轉化利用和埋存的過程中發(fā)生的成本、實現的減排和固碳量，以及產生的直接經濟和社會效益。比如在驅油過程中，中國石化草舍油田平均平衡油價45美元/桶左右。

石油科學傳播：我國確立碳達峰、碳中和的“雙碳”目標后，此項技術的意義提升到了怎樣的高度？其深遠的影響力又是什么？

李陽：碳達峰、碳中和行動已經成為國家戰(zhàn)略。從我國國情來看，我們的“雙碳”目標與國外發(fā)達國家到2050實現碳中和有50-70年左右的窗口期不同。我國距離二氧化碳達峰目標不足10年、碳中和的過渡期只有30年時間。同時，碳基能源目前仍是我國能源結構的主體。2019年煤炭消費在我國一次能源消費占比57.7%，能源結構亟需轉型優(yōu)化；與歐美各國相比，我國仍處于工業(yè)化和城鎮(zhèn)化進程中，經濟社會發(fā)展和生活水平的提高會進一步推動能源生產和消費總量的提升。我國制造業(yè)（鋼鐵、化工、水泥等產業(yè)）占GDP的比重較高，單位GDP能耗強度高，為世界平均水平的1.4倍，發(fā)達國家的2-3倍。雙碳目標行動計劃將使我國能源結構、產業(yè)結構以及人們生活方式產生革命性的變化，也意味著我國實現碳中和目標需要付出更多努力。CCUS作為碳中和必不可少的一種手段，在碳中和目標的實現過程中將發(fā)揮更大作用，也必將催生新的產業(yè)。

石油科學傳播：CCUS，U是指碳利用，請談一談您在利用二氧化碳驅油、提高原油采收率方面取得了哪些成就？攻克了哪些技術難題？請結合具有典型性的油田系統(tǒng)談一談。另外，除了碳驅油，是否還有其他方面的碳利用？前景如何？

李陽：近年來，致力于二氧化碳捕集及驅油提高采收率技術的研究與工程化，中國石化在二氧化碳捕集、驅油和產出二氧化碳回收利用技術方面取得了重大進展，建成了松南氣田高碳天然氣處理廠、勝利油田發(fā)電廠及中原油田化工廠捕集應用全流程項目，驅油應用的領域包括低滲透油藏、高含水油藏。

如勝利油田電廠煙道氣CO2捕集與EOR全流程示范工程項目。勝利發(fā)電廠燃煤煙道氣中體積濃度約14%。研發(fā)了MEA為主的MSA復合吸收劑，二氧化碳吸收能力提高30%，腐蝕速率、降解速率下降90%以上；進行壓縮、液化，最終把純度達99.5%的CO2輸送至勝利低滲透油藏進行驅油和封存，項目于2010年9月投產。勝利油田CO2氣驅試驗區(qū)塊累計增油8.6萬噸，換油率0.28 t/tCO2 ，CO2封存率90%，實現了增加原油產量和二氧化碳埋存的雙贏。

二氧化碳利用領域非常廣泛。在地質資源利用方面，二氧化碳除用來驅油以外，還用來強化天然氣、煤層氣、地層深部咸水、水合物等資源開采。在二氧化碳化工利用方面展現出良好發(fā)展前景，已經形成了多種碳轉化的可行路徑。如CO2在高溫高壓和催化劑的作用的條件下，轉化為甲酸、甲烷等技術，既是一種碳物質轉化，也是一種能源轉換形式。在生物利用方面也取得較大進展。CO2生物轉化是通過植物光合作用等，將CO2用于生物質的合成，從而實現CO2資源化利用，如微藻固定CO2轉化為生物燃料和化學品、微藻固定CO2轉化為生物肥料、微藻固定CO2轉化為食品和飼料添加劑等技術，已經進入中試階段。

總之，隨著“雙碳”目標逼近，CCUS的戰(zhàn)略定位更加明確，能源供給側，環(huán)保需求側求側來看，其產業(yè)化發(fā)展前景可期。

——雙碳時代，CCUS將駛上發(fā)展快軌。

院士簡介：李陽，中國工程院院士,油氣田開發(fā)地質、開發(fā)工程專家。1982年畢業(yè)于華東石油學院石油地質專業(yè)，曾任中國石化股份公司副總工程師、國家“973”項目首席科學家，現任國家重大專項“大型油氣田及煤層氣開發(fā)”技術副總師。獲國家科技進步二等獎6項、國家發(fā)明二等獎1項、授權國家發(fā)明專利20余件。近年來，對“中國CCUS進展和產業(yè)化前景”深有研究，多有建樹。