什么是碳中和背景下的CCUS？

大氣網(wǎng)訊:二氧化碳捕集利用與封存(CCUS)減排潛力大，是實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)的重要手段之一。本周我們從現(xiàn)有項(xiàng)目情況、各環(huán)節(jié)技術(shù)水平等方面分析CCUS現(xiàn)狀及未來發(fā)展路徑。

核心觀點(diǎn)

▍CCUS：分為捕集、輸送、利用與封存環(huán)節(jié)，減排潛力大

二氧化碳捕集利用與封存(CCUS)是指將CO2從工業(yè)排放源中分離后或直接加以利用或封存，以實(shí)現(xiàn)CO2減排的工業(yè)過程。按照流程，CCUS可分為捕集、輸送、利用與封存幾大環(huán)節(jié)。CCUS 可以捕集發(fā)電和工業(yè)過程中使用化石燃料所產(chǎn)生的多達(dá) 90%的 CO2，脫碳水平較高；但同時(shí)也面臨著泄漏、污染物排放等風(fēng)險(xiǎn)。

▍概況：我國(guó)CCUS項(xiàng)目類型多樣，但規(guī)模較小

從規(guī)模上看，我國(guó)已投運(yùn)或建設(shè)中的CCUS示范項(xiàng)目約為40個(gè)，捕集能力300萬噸/年。從覆蓋技術(shù)來看，目前我國(guó)CO2捕集源覆蓋燃煤電廠的燃燒前、燃燒后和富氧燃燒捕集等多種技術(shù)，CO2封存及利用涉及咸水層封存、EOR等多種方式。相比國(guó)外，我國(guó)CCUS 項(xiàng)目起步較晚，已投運(yùn)或建設(shè)中的 CCUS 示范項(xiàng)目多以石油、煤化工、電力行業(yè)小規(guī)模的捕集驅(qū)油示范為主，缺乏大規(guī)模的多種技術(shù)組合的全流程工業(yè)化示范。

▍技術(shù)：進(jìn)展顯著，未來有望帶動(dòng)成本進(jìn)一步下降

我國(guó)CCUS各環(huán)節(jié)技術(shù)均取得了顯著進(jìn)展，目前大部分處在基礎(chǔ)研究、中試階段或工業(yè)示范階段。據(jù)《中國(guó)二氧化碳捕集利用與封存 (CCUS) 年度報(bào)告 (2021)》預(yù)計(jì)，到 2030 年我國(guó)全流程CCUS （按 250 公里運(yùn)輸計(jì)）技術(shù)成本為 310~770 元/噸CO2，到 2060 年將逐步降至 140~410 元/噸CO2。未來隨著技術(shù)成本的持續(xù)下降，CCUS項(xiàng)目應(yīng)用廣度有望進(jìn)一步提升。根據(jù)《中國(guó)碳捕集利用與封存技術(shù)發(fā)展路線圖(2019)》的規(guī)劃，到2050年，我國(guó)CCUS產(chǎn)值將超過3300億元/年。

▍商業(yè)模式：主要包含油企全流程獨(dú)立運(yùn)營(yíng)和CCUS運(yùn)營(yíng)商模式

國(guó)內(nèi)CCUS項(xiàng)目主要存在油企全流程獨(dú)立運(yùn)營(yíng)和CCUS 運(yùn)營(yíng)商兩種商業(yè)模式。在油企全流程獨(dú)立運(yùn)營(yíng)模式中，油田企業(yè)是CCUS全流程的獨(dú)立運(yùn)營(yíng)商；風(fēng)險(xiǎn)與利潤(rùn)可以較為靈活地分擔(dān)，并且各部門間的協(xié)調(diào)也更容易實(shí)現(xiàn)，因而交易成本較低。在CCUS 運(yùn)營(yíng)商模式下，CCUS出現(xiàn)了獨(dú)立的市場(chǎng)化運(yùn)營(yíng)商。由于這種模式涉及多企業(yè)、多行業(yè)的合作，因此需通過法律、制度等的建設(shè)，促進(jìn)社會(huì)責(zé)任、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益的合理分配。

正文

1. CCUS：減排潛力大，有望助力碳中和

二氧化碳捕集利用與封存(CCUS)減排潛力大，是實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)的重要手段之一。本周我們從現(xiàn)有項(xiàng)目情況、各環(huán)節(jié)技術(shù)水平等方面分析CCUS現(xiàn)狀及未來發(fā)展路徑。

1.1. CCUS：分為捕集、輸送、利用與封存環(huán)節(jié)、減排潛力大

碳捕獲及封存（CCS）技術(shù)是發(fā)達(dá)國(guó)家比較重視的碳減排技術(shù)。但由于 CCS 技術(shù)其前沿的技術(shù)體系和巨大的工程規(guī)模，需要花費(fèi)巨額資本、運(yùn)營(yíng)成本、額外能耗，并且安全性以及大型示范項(xiàng)目的系統(tǒng)整合都存在一定問題。故而我國(guó)在CCS基礎(chǔ)上增加利用環(huán)節(jié)，提出了二氧化碳捕集利用與封存(CCUS)，即將CO2從工業(yè)排放源中分離后或直接加以利用或封存，以實(shí)現(xiàn)CO2減排的工業(yè)過程。按照流程，CCUS可分為捕集、輸送、利用與封存幾大環(huán)節(jié)。從產(chǎn)業(yè)流程來看，CCUS依次涉及能源、鋼鐵、化肥、水泥、交通、化工、地質(zhì)勘探、環(huán)保等眾多CO2碳排放行業(yè)。

CO2捕集是指將電力、鋼鐵、水泥等行業(yè)利用化石能源過程中產(chǎn)生的CO2進(jìn)行分離和富集的過程，是CCUS系統(tǒng)耗能和成本產(chǎn)生的主要環(huán)節(jié)。CO2捕集技術(shù)可分為燃燒后捕集、燃燒前捕集和富氧燃燒捕集。適合捕集的排放源包括發(fā)電廠、鋼鐵廠、水泥廠、冶煉廠、化肥廠、合成燃料廠以及基于化石原料的制氫工廠等，其中化石燃料發(fā)電廠是CO2捕集最主要的排放源。

CO2運(yùn)輸是指將捕集的CO2運(yùn)送到利用或封存地的過程，是捕集和封存、利用階段間的必要連接。根據(jù)運(yùn)輸方式的不同，主要分為管道、船舶、公路槽車和鐵路槽車運(yùn)輸四種。

CO2利用是指利用CO2的物理、化學(xué)或生物作用，在減少CO2排放的同時(shí)實(shí)現(xiàn)能源增產(chǎn)增效、礦產(chǎn)資源增采、化學(xué)品轉(zhuǎn)化合成、生物農(nóng)產(chǎn)品增產(chǎn)利用和消費(fèi)品生產(chǎn)利用等，是具有附帶經(jīng)濟(jì)效益的減排途徑。根據(jù)學(xué)科領(lǐng)域的不同，可分為CO2地質(zhì)利用、CO2化工利用和CO2生物利用三大類。

CO2地質(zhì)封存是指通過工程技術(shù)手段將捕集的CO2封存于地質(zhì)構(gòu)造中，實(shí)現(xiàn)與大氣長(zhǎng)期隔絕但不產(chǎn)生附帶經(jīng)濟(jì)效益的過程。按封存地質(zhì)體及地理特點(diǎn)劃分，主要包括陸上咸水層封存、海底咸水層封存、陸上枯竭油氣田封存和海底枯竭油氣田封存等方式。長(zhǎng)期安全性和可靠性是CO2地質(zhì)封存技術(shù)發(fā)展所面臨的主要障礙。全球陸上理論封存容量為 6~42 萬億噸，海底理論封存容量為 2~13 萬億噸。我國(guó)理論地質(zhì)封存潛力約為1.21-4.13萬億噸，容量較高。

CCUS減排潛力大，但存在一定環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。CCUS 可以捕集發(fā)電和工業(yè)過程中使用化石燃料所產(chǎn)生的多達(dá) 90%的 CO2，脫碳水平較高。IEA 的研究結(jié)果顯示，要達(dá)到巴黎 2 ℃的氣候目標(biāo)，到 2060 年，累計(jì)減排量的 14%來自于CCUS，且任何額外減排量的 37%也來自于 CCUS。IPCC 等國(guó)際機(jī)構(gòu)也證實(shí)沒有 CCUS 就無法實(shí)現(xiàn)國(guó)際氣候變化目標(biāo)。但同時(shí)CCUS也面臨著一定的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。一方面，CO2在捕集、運(yùn)輸、利用與封存等環(huán)節(jié)都可能會(huì)有泄漏發(fā)生，會(huì)給附近的生態(tài)環(huán)境、人身安全等造成一定的影響；另一方面，大部分 CCUS 技術(shù)有額外增加能耗的特點(diǎn)，因而會(huì)帶來污染物排放的問題。

1.2. 概況：我國(guó)CCUS項(xiàng)目類型多樣，但規(guī)模較小

國(guó)外CCUS項(xiàng)目起步早，規(guī)模較大。1972年美國(guó)建成Terrell項(xiàng)目，CO2捕集能力達(dá)40萬～50萬噸/年，這是國(guó)外最早報(bào)道的大型CCUS項(xiàng)目；隨后，美國(guó)俄克拉荷馬州Enid項(xiàng)目于1982年建成，通過化肥廠產(chǎn)生的CO2進(jìn)行油田驅(qū)油，CO2捕集能力達(dá)70萬噸/年。1996年，挪威Sleipner項(xiàng)目建成，它是世界上首個(gè)將CO2注入到地下(鹽水層)的項(xiàng)目，年封存CO2量近百萬噸。本世紀(jì)以來，美國(guó)、加拿大、澳大利亞、日本及阿聯(lián)酋等國(guó)家加速推進(jìn)CO2捕集項(xiàng)目的工業(yè)化。2014年，加拿大SaskPower公司的Boundary Dam Power項(xiàng)目成為全球第一個(gè)成功應(yīng)用于發(fā)電廠CO2捕集項(xiàng)目，2019年該項(xiàng)目捕集CO2達(dá)61.6萬噸。2015年，加拿大Quest項(xiàng)目將合成原油制氫過程中產(chǎn)生的CO2成功注入咸水層封存，每年CO2捕集能力達(dá)100萬噸/年。