二氧化碳捕捉、封存和利用技術（CCUS）前景可期

大氣網(wǎng)訊:CCUS是碳中和產(chǎn)業(yè)鏈上不可或缺的一環(huán)。降低二氧化碳處理、轉化成本是未來CCUS獲得大規(guī)模應用的關鍵。

中國提出2030年碳達峰、2060年碳中和的宏偉目標。要實現(xiàn)碳達峰和碳中和必須從兩方面入手。一是從工業(yè)、交通、建筑等碳排放源頭上減少碳排放。具體路徑包括利用太陽能、風能、氫能、核能等各種清潔與可再生能源提供生產(chǎn)和生活所需的電能和其他能源。用可再生的生物基材料替代石油、天然氣等化石材料等等；另一方面，制造業(yè)和生活中產(chǎn)生的碳排放不可能完全歸零，這就要采用相關技術將排出的二氧化碳和氣體溫室氣體吸收、固定、利用起來，也就是將釋放的二氧化碳和其他溫室氣體從工業(yè)尾氣等排放源頭分離出來，進行長期封存或者再利用， 這就是所謂的CCUS技術。

中國CCUS技術起步較晚

CCUS項目的實施始于上世紀七十年代，根據(jù)對全球CCUS項目的統(tǒng)計，美國和一些歐洲國家在1970至1980年代開始進行二氧化碳捕集和地質封存項目的建設。早期的CCUS項目包括美國德克薩斯州的一家天然氣加工廠的CCUS項目。該項目是將天然氣加工過程中產(chǎn)生的二氧化碳用管道輸送到周邊的油田，利用二氧化碳驅油技術（EOR， enhanced oil recovery）提高油田的產(chǎn)量，同時實現(xiàn)將二氧化碳在油井下長期的地質封存，據(jù)報道，該項目每年能處理約40萬噸二氧化碳。

中國CCUS項目起步相對比較晚，其中大部分相關項目是從2000年以后開始逐步實施。這些項目最初的技術路線與歐美國家相似，也是從地質封存以及二氧化碳驅油（EOR）的運用開始。相關的早期項目包括大慶油田的二氧化碳驅油（EOR）項目等等。到了2010年代，中國的CCUS項目開始出現(xiàn)多種二氧化碳利用的技術路線，其中包括發(fā)電廠的燃燒前捕集、熱電聯(lián)用等；利用催化加氫等手段將二氧化碳升級為甲酸等化工原料、二氧化碳基塑料等技術路線也嶄露頭角。

CCUS碳減排的規(guī)模仍然很小，但不可或缺

中國是全球主要碳排放國家，每年的凈碳排放已經(jīng)達到了百億噸級別。相對這么大的碳排放基數(shù)，目前中國CCUS項目能處理的二氧化碳排放顯得微不足道。根據(jù)筆者的估計，2020年中國CCUS項目能減少的二氧化碳排放量不到這百億噸碳排放總量的千分之一。不過，從全球看，CCUS技術在整個碳減排中所占的比例也普遍不高。例如，在最早實施CCUS項目的美國和加拿大，CCUS達成的二氧化碳減排量占總排放量的估計在千分之四到五左右。目前全球CCUS處理碳排放比例最高的是挪威，也就不到百分之五。

根據(jù)筆者的預測，在未來40年，也就是中國達成2030年碳達峰，2060年碳中和目標的過程中，中國需要每年凈減排4.23億噸至6.96億噸的二氧化碳。這些碳減排主要來自三個方面。一是以清潔能源，比如風能、太陽能、核能、氫能等，替代化石能源；二是植樹造林等生態(tài)固碳方法；三是CCUS。相比前兩個減排方式，CCUS碳減排所占的份額相對較小。

另一方面，筆者也認為，雖然在可預見的將來CCUS仍無法挑起碳減排的大梁，但是在中國實現(xiàn)雙碳目標的過程中，CCUS不可或缺。原因是即使有清潔能源替代等方法，在制造業(yè)或其他產(chǎn)業(yè)完全實現(xiàn)零碳排放是很困難的，而植樹造林的固碳路徑則受到土地等條件的制約。在這種情況下，要實現(xiàn)碳中和的目標，大力發(fā)展CCUS是必然的選擇。

可以預見，隨著CCUS技術越來越成熟，尤其是未來二氧化碳處理和利用成本的逐步降低，轉化升級的產(chǎn)品進一步拓展到市場規(guī)模更大的大宗化學品領域，預計從CCUS路徑達成的二氧化碳減排比例將會逐步提高。筆者預測在2060年CCUS減排比例將達到總減排的10%左右。

CCUS技術路徑多種多樣

CCUS得到國家相關研發(fā)項目和資金的大力支持，從目前就已經(jīng)完成了的十二五、十三五國家規(guī)劃來看，相關的國家級別的扶持項目及基金支持項目包括“萬噸級二氧化碳制芳烴關鍵技術研究”、“CO2高效合成重要化學品新技術”、“二氧化碳煙氣微藻減排技術”等科技部重大專項等等。2020年，中國開展了一個由科技部資助的國家重點研發(fā)計劃，是清華大學和上海交通大學承擔的“煤炭清潔高效利用和新型節(jié)能技術：煤炭超臨界水氣化制氫和H2O/CO2混合工質熱力發(fā)電多聯(lián)產(chǎn)基礎研究”。毫無疑問，這些國家級扶持項目代表了中國CCUS技術的幾個重點投入方向。

另一方面，一些產(chǎn)學研相結合的CCUS技術研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化努力也在不斷取得進展。其中比較有代表性的研究包括對二氧化碳生產(chǎn)的初級產(chǎn)品的進一步升級，從甲酸、一氧化碳這樣的C1產(chǎn)物升級到多碳產(chǎn)物；開發(fā)二氧化碳基綠色塑料；或者把二氧化碳直接還原到碳單質產(chǎn)物，比如石墨、碳納米管和石墨烯等；還有一些研究團隊利用藻類吸收二氧化碳，生產(chǎn)多肽和其他高附加值的保健產(chǎn)品；另外，鑒于工業(yè)煙氣中二氧化碳的純化富集是企業(yè)額外的成本支出，利用工業(yè)煙氣直接制造水泥混凝土以及建筑材料也是一個研究的方向。

這些基于現(xiàn)有的技術和產(chǎn)業(yè)條件研究和開發(fā)的CCUS項目更有可能做到規(guī)?；a(chǎn)并實現(xiàn)項目盈利，而良好的經(jīng)濟可行性是未來CCUS技術被大規(guī)模采用的關鍵。

降低二氧化碳處理成本是關鍵

對CCUS技術而言， 二氧化碳處理成本過高是一個重大的瓶頸。目前，很大一部分在運行中的CCUS項目都是依托能源、煤礦、鋼鐵等行業(yè)的領頭企業(yè)，各大院?；蛑锌圃合嚓P研究所等進行開發(fā)和運營。這種開發(fā)的目的主要是做技術儲備。這些CCUS項目中的絕大部分都不能產(chǎn)生經(jīng)濟效益。

為降低CCUS技術處理二氧化碳的成本，“CCUS+清潔能源”等跨界技術整合成為趨勢。比如，二氧化碳電化學還原制甲酸和一氧化碳是全球都很熱門的一個CCUS研究方向，但這是一個高能耗的過程。目前國內已有研發(fā)團隊在研究利用太陽能光伏供電來完成這個高能耗的反應過程；再比如，二氧化碳甲烷重整也是一個研究熱點，這個過程也需要消耗大量熱能。同樣，有科研團隊在研究用太陽能光熱聚焦鏡為這個過程供熱。還有一些項目是利用工業(yè)煙氣的廢熱來驅動二氧化碳升級化學過程的。

上述利用太陽能、風能等清潔能源和廢熱回收的能源與二氧化碳轉化過程相結合的整合技術能夠有效降低成本，提高CCUS項目的經(jīng)濟可行性。預計這些結合了工業(yè)應用場景開發(fā)的CCUS減排技術對未來CCUS項目的大規(guī)模推廣與實施將起到很大的促進作用。

CCUS技術投資前景可期

中國雙碳目標的實現(xiàn)是個跨度為40年的漫長過程。這個過程將為碳中和產(chǎn)業(yè)鏈帶來巨大的市場機會。很難預計政府部門和相關企業(yè)從2021年到2060年這四十年間對碳中和產(chǎn)業(yè)鏈的相關投資會達到多少，但可以肯定這是一個天文數(shù)字。從行業(yè)來看，相關新材料、氫能、儲能、光伏等其他清潔能源等等行業(yè)都存在巨大機會。其中的每一個行業(yè)都有可能發(fā)展到超過萬億人民幣的規(guī)模。

雖然CCUS的規(guī)模還很小，其二氧化碳處理量目前還不足千萬噸。但是毫無疑問，未來CCUS是整個碳中和產(chǎn)業(yè)鏈上不可或缺的一個環(huán)節(jié)。筆者預測從2021年到2030年這十年間，中國CCUS二氧化碳處理量的年復合增長率將會超過100%。

對于CCUS技術固碳，很多技術路徑趨于成熟，但是一個項目是否成功還取決于該項目的經(jīng)濟效益。提高收入、克服成本瓶頸成為CCUS項目成功運營的關鍵。投資人對成本低、經(jīng)濟可行性高的CCUS技術路線和項目可以加以關注。事實上，相比他們的歐美同行， 中國的CCUS技術開發(fā)者比較善于結合本國產(chǎn)業(yè)與相關應用挖掘一個技術的經(jīng)濟效應。

除了上述“CCUS+清潔能源”的成本降低方案，有些CCUS項目在處理含二氧化碳的工業(yè)尾氣的過程中既能獲得營收（尾氣處理服務費用），也能為后續(xù)CCUS項目帶來轉化所需的二氧化碳原料，從而進一步提高項目的經(jīng)濟可行性。近幾年相關企業(yè)和研究團隊也致力于提高產(chǎn)品的附加值和開拓新的產(chǎn)品應用領域，例如利用二氧化碳還原生產(chǎn)高附加值的碳納米管和石墨烯的，以及利用藻類吸收二氧化碳生產(chǎn)多肽及其他極高附加值的保健品等。這些CCUS項目是投資人可以重點關注的潛在投資標的。另外，碳排放交易可以為CCUS項目帶來可觀的額外收益。中國碳排放權交易市場的進一步完善和發(fā)展也為CCUS項目的實施提供了額外的經(jīng)濟來源。

綜上所述，CCUS是碳中和產(chǎn)業(yè)鏈上不可或缺的一環(huán)。雖然中國CCUS技術起步較晚，目前CCUS處理二氧化碳的量也還微不足道，但是中國相關研究團隊已經(jīng)開發(fā)了種類繁多的二氧化碳利用與轉化技術路徑。目前，CCUS技術面臨的主要瓶頸是成本太高，經(jīng)濟可行性不強。因此，降低二氧化碳處理、轉化成本是未來CCUS獲得大規(guī)模應用的關鍵。另外，碳排放權交易的完善與發(fā)展有助于CCUS項目達成經(jīng)濟可行性。對投資者而言，CCUS市場具有確定的、巨大的發(fā)展?jié)摿?。這個市場中技術成熟度高，經(jīng)濟可行性好的CCUS項目和相關公司將成為投資者們趨之若鶩的投資標的。

原標題:二氧化碳捕捉、封存和利用技術（CCUS）前景可期