碳中和碳捕集:CCUS助力“双碳”目标实现

首个100万吨级碳捕集利用与封存(CCUS)项目已经投产、300万吨级CCUS项目正在规划建设、1000万吨级海上封存项目正在做相关预可行性研究……“双碳”目标提出以来，我国CCUS技术正在快速发展，不仅在规模上不断扩大，项目数量上也有了大幅提升。据中国21世纪议程管理中心不完全统计，截至今年7月，我国现有规划和运行中的CCUS项目数量近100个，是去年同期的2倍。

　　CCUS(Carbon Capture Utilization and Storage)是碳捕集利用与封存英文首字母的缩写，指的是将二氧化碳从工业、能源生产等排放源或空气中捕集分离，并加以利用或输送到适宜的场地封存，最终实现二氧化碳的减排。所以，CCUS技术包括捕集、输送、利用及封存多个环节，可助力全球及我国碳中和目标实现，保障我国能源安全，推进生态文明建设及可持续发展。

　　将放错位置的碳资源利用起来

　　二氧化碳捕集技术最先兴起于20世纪20年代，在天然气商业化利用过程中，用来分离甲烷中的二氧化碳以提高天然气的纯度。此后，学术界开始对二氧化碳作为驱动介质进行“驱油”的理论和实验研究。1972年，世界首个利用二氧化碳驱油的商业项目在美国得克萨斯州开启正式运行。

　　到20世纪80年代，科学家提出将二氧化碳封存于天然气藏、咸水层等地质结构的设想。2005年政府间气候变化专门委员会(IPCC)、2009年欧盟相继提出并定义了碳捕集封存(CCS)的概念：将二氧化碳从工业或相关能源产业的排放源中分离出来，输送并封存在地质构造中，以实现二氧化碳与大气长期隔绝。

　　我国的CCS技术虽然起步较晚，但是结合本国国情提出了CCUS的概念，增加了对二氧化碳资源化利用的相关表述。“与CCS相比，U的加入意义重大。”中国21世纪议程管理中心社会事业处处长张贤在接受科技日报记者采访时表示，我国没有将二氧化碳的利用与封存对立起来，而是将利用技术看作是延展CCS产业链的“连通器”，将放错位置的碳资源有效利用起来。

　　对于中国而言，二氧化碳的利用尤为重要。中国正处于工业化建设进程中，全球一半以上的工业生产都在中国，钢铁、水泥、大型化学品的生产占全球50%以上。张贤表示，我国工业领域的深度减排和零碳工艺流程重塑，需要大幅减少化石原料和燃料的使用，把二氧化碳循环利用起来，特别是将二氧化碳由原来的温室气体变为有价值的可交换资源，为工业生产提供“绿色碳元素”，对中国工艺流程的系统性变革意义非常重大。

　　此外，中国的化石能源资源禀赋是“富煤、贫油、少气”，这决定了当前和今后很长一段时期内，煤炭在我国能源结构中的主导地位。“目前我国从燃煤电厂排放的二氧化碳量占总排放量的40%左右，未来煤基能源的低碳高效利用是保障中国能源安全及实现碳中和目标的关键所在。”张贤表示，燃煤电厂通过CCUS技术改造，可以在保证能源安全的同时发挥巨大的减排潜力，促进中国绿色低碳发展。

　　气候治理和“双碳”目标实现的重要保障

　　中国是二氧化碳排放大国，且未来二氧化碳排放量还将进一步增长，因而面临巨大的减排压力。

　　在张贤看来，CCUS技术是中国减少二氧化碳排放，实现碳中和目标的技术组合中不可或缺的构成部分。

　　2016年，《巴黎协定》正式生效，其主要目标是控制全球平均气温不高于工业化前水平2摄氏度，并努力控制在1.5摄氏度之内。张贤告诉科技日报记者，就技术支撑而言，CCUS是唯一能够在发电和工业过程中实现化石燃料利用近零排放的解决方案，也是实现2摄氏度温升控制目标的关键技术。

　　2019年科技部社会发展科技司和中国21世纪议程管理中心发布《中国碳捕集、利用与封存(CCUS)技术发展路线图研究》，预测CCUS技术有望在2030年后在构建形成的化石能源与可再生能源协同互补的多元供能体系中发挥重要作用，届时其年利用封存能力将达到每年2000万吨二氧化碳，到2050年将达到每年8亿吨二氧化碳。

　　当前，CCUS技术体系庞杂，各环节根据其原理差异还可进一步细分。只二氧化碳的燃烧后捕集技术就可通过吸收、吸附、膜分离、低温分馏、富氧燃烧等技术来实现，而二氧化碳的利用则根据工程技术手段的不同，分为地质利用、化工利用、生物利用等。作为制定路线图的主要参与者，张贤表示，近两年CCUS技术更新速度很快，“2020年‘双碳’目标提出之后，CCUS又有了更多发展空间，难度更大但更为灵活的空气直接捕集等新型负碳技术也有了新突破。”

　　到2050年，在我国的能源结构中，化石能源仍将扮演重要角色。张贤认为，采用CCUS与火电结合可实现火电行业的近零排放，特别是碳捕集封存与生物质耦合技术(BECCS)可实现负碳排放，是在强减排条件下实现碳中和目标的重要选择。

　　当前，CCUS技术仍然处于示范阶段，技术成熟度低、经济性不高、商业模式缺失制约着CCUS产业化的进程。中国CCUS技术发展2019版路线图预测，到本世纪中叶，CCUS技术的能耗和成本问题将得到根本改善，不仅可以推动化石能源高效低碳利用，空气直接捕集技术和BECCS甚至可以实现负排放。