陈曦  黄新  郭本帅    中石化南京化工研究院有限公司

江洋洋    中国石化集团南京化学工业有限公司

导读

随着科技的不断进步和创新，CCUS技术将不断优化和改进，主要围绕二氧化碳捕集率、利用率、封存率和安全性的提高，降低成本和风险等领域

●CCUS未来的发展趋势 

●CCUS面临的挑战

 CCUS（Carbon Capture，Utilization and Storage）是指将二氧化碳捕集、利用、封存或运输到地下储存的技术，以减少或消除大气中的二氧化碳排放，对于减缓全球气候变化、实现可持续发展和应对环境污染具有重要意义。

CCUS未来的发展趋势

1.全球范围内的CCUS项目数量将不断增加

目前，现有的CCUS项目已超百余个，国外规模化的典型项目主要集中在欧美和澳洲国家。

加拿大油砂：加拿大是全球最大的油砂生产国之一，油砂是一种非常规的石油资源。加拿大政府在油砂领域实施了多项CCUS项目，其中，二氧化碳注入井就是其中一项重要的措施。例如Suncor Energy公司的碳捕获和封存项目、Syncrude Canada公司的低排放项目以及边界大坝（Boundary Dam）项目等。

美国煤炭行业：美国是全球最大的煤炭生产国之一，煤炭行业也是温室气体排放的重要来源之一。美国政府在煤炭行业中实施了多个CCUS项目，例如，在美国怀俄明州运营的Petra Nova项目，每年能够捕获并封存约140万吨二氧化碳。

澳大利亚煤炭行业：澳大利亚也是全球最大的煤炭出口国之一。澳大利亚政府在煤炭行业中实施的CCUS项目，例如，在澳大利亚昆士兰州运营的Gorgon项目是一个重要的碳捕获和封存项目，每年能够捕获并封存约300万吨二氧化碳。

欧洲北海地区：欧洲北海地区是全球重要的石油和天然气生产区域之一，如在挪威运营的Snohvit项目是典型的CCUS项目，每年能够捕获约70万吨二氧化碳。

国内典型CCUS示范项目：

中国石油化工集团：该公司在石油化工领域实施了多个CCUS项目，启动了我国首个百万吨级CCUS（二氧化碳捕集、利用与封存）项目——齐鲁石化-胜利油田CCUS项目建设，项目将充分发挥公司上下游一体化优势，把齐鲁石化捕集的二氧化碳输送至胜利油田注入地层封存并驱油，实现变废为宝，每年可减排二氧化碳100万吨，相当于植树近900万棵。此外，中国石化南化研究院也是国内碳捕集、利用与封存技术领域的领先企业，拥有国内领先、国际先进的二氧化碳捕集技术，应用范围广泛，包括传统的合成气二氧化碳捕集到天然气、炼厂气、EO/EG循环气、F-T合成循环气、各种烟气、高炉气、窑气等领域。

中国神华集团：该公司是中国最大的煤炭企业之一，在煤炭开采和燃烧过程中实施了多项CCUS项目。该公司在内蒙古、新疆等地的多个矿区，通过捕获并封存矿区内的二氧化碳，减少了温室气体排放，同时也提高了矿区的安全性。

国家电投集团：该公司是中国最大的能源企业之一，在火电行业实施了多项CCUS项目。该公司在上海、河北等地的多个发电厂实施了碳捕获和封存项目，通过捕获并封存发电厂产生的二氧化碳，减少了电力行业中温室气体的排放。

 2.技术创新将推动CCUS产业的发展

随着科技的不断进步和创新，CCUS技术将不断优化和改进，主要围绕二氧化碳捕集率、利用率、封存率和安全性的提高，降低成本和风险等领域。未来，技术创新将成为推动CCUS产业发展的重要动力，将有更多的企业和研究机构投入到CCUS技术的研究和开发中。

CCUS是一种综合性的技术，包括碳捕获、碳运输、碳利用和碳封存等多个环节。以下是部分CCUS新技术和应用的举例：

在碳捕获技术方面

目前，已经有一些成熟的技术应用于实践中，例如吸附法、吸收法和膜分离法等。在吸附法方面，吸附材料是碳捕获技术中的关键材料之一，例如分子筛、硅胶、活性炭等。然而，这些材料存在一些缺点，例如吸附容量较小、吸附选择性较差等。因此，研究新型吸附材料是碳捕获技术的重要方向之一。一些新型的吸附材料包括金属有机框架（MOFs）、多孔有机聚合物（POPs）、碳纳米管等，这些材料具有高比表面积、高吸附容量和高选择性等特点，能够有效提高碳捕获的效率和效果。

在新型吸收材料方面，一些成熟的吸收材料包括有机胺类溶液、氢氧化钠溶液、碳酸钾溶液等，这些材料能够有效地吸收二氧化碳，但仍存在腐蚀性较强、吸收容量较小等缺点。因此，如离子液体、相变吸收剂、少水吸收剂等具有高吸收容量、低腐蚀性等特点的新型吸收材料正在加速攻关。

在新型膜分离技术方面，目前，一些成熟的膜分离技术包括聚合物膜、陶瓷膜等，这些膜具有高选择性、低能耗等特点，能够有效提高碳捕获的效率和效果。除了上述新技术外，还有一些其他的碳捕获新技术正在研究和开发中，例如基于太阳能或风能的碳捕获技术、基于生物质的碳捕获技术等。这些新技术具有很大的潜力和发展前景，但需要进一步研究和验证其可行性和经济性。

碳运输是CCUS的重要环节之一，将捕获的二氧化碳通过管道、船舶、车辆等方式运输到目的地。目前，碳运输技术已经比较成熟，车辆运输为目前主要运输方式，未来，将采用管道运输的方式进行长距离运输，中国石化已经建设了国内首条百万吨级二氧化碳输送管道，全长109公里，是目前国内规模最大、输送距离最长的二氧化碳输送管道。

在碳利用技术方面

碳利用是CCUS的重要环节之一，将捕获的二氧化碳转化为有价值的化学品或材料。目前，已经有一些成熟的碳利用技术应用于实践中，例如二氧化碳驱油、二氧化碳矿化、二氧化碳转化为甲醇、乙二醇等化学品，以及二氧化碳转化为可降解塑料等材料。此外，还有一些新兴的碳利用技术正在研究和开发中，例如：二氧化碳制碳纳米管。碳纳米管是一种由石墨烯卷曲而成的纳米级管状材料，具有出色的力学、电学和化学性能，可用于制高性能的电池、传感器、电子器件等。二氧化碳可制聚合物、塑料和橡胶等高分子材料，还可以制生物降解材料，例如聚乳酸（PLA）和聚羟基脂肪酸酯（PHA）。这些材料可在自然环境中被微生物分解，减少对环境的污染。

在碳封存技术方面

注入井封存、盐水层封存等技术相对成熟，但由于碳封存可能存在安全风险和环境问题，如在注入后，需要对储层进行监测，以确保二氧化碳被封存在储层中。可以使用地震勘探、测井等方法进行监测，并记录二氧化碳的封存情况；在二氧化碳封存过程中，需要采取措施避免对环境造成污染和损害，可以采取一系列环境保护措施，例如监测地下水水质、防止地面沉降等；并降低石油和天然气等能源的消耗。同时，也可以带来经济效益，例如减少能源成本、降低环境污染成本等。

3.多样化的应用场景将不断拓展

CCUS（二氧化碳捕集、利用与封存）是一种综合性的技术，可以应用于多个领域，CCUS的多样化应用场景举例如下：

（1）电力行业：通过捕集、利用和封存二氧化碳来减少温室气体排放。例如，在燃煤电厂中安装二氧化碳捕集装置，将二氧化碳从烟气中分离出来，然后进行利用或封存。

（2）工业领域：例如石油、化工、钢铁等。在这些行业中，可以使用二氧化碳作为原料或溶剂。

（3）交通运输：交通运输也是温室气体排放的重要来源之一。例如通过生物燃料和燃料电池等技术将二氧化碳转化为能源。

（4）农业领域：在农业领域，CCUS技术可以应用于土地管理和农作物生产中。例如，可以使用二氧化碳施肥来增加农作物的产量。

（5）环境修复：例如通过捕集和封存二氧化碳来修复受损的生态系统，或者使用二氧化碳来促进植物生长和土壤肥力。

上述应用场景表明，CCUS技术具有广泛的应用前景和潜力。通过多样化应用场景的探索和开发，可进一步推动CCUS技术的发展，为减缓气候变化和促进可持续发展做出更大的贡献。

CCUS面临的挑战

1.技术成本和经济效益问题

目前，CCUS技术成本较高，需要大量的能源和资金投入，对于一些企业和项目来说，可能会存在经济效益的问题。未来，需要采取有效措施降低CCUS技术的成本，提高其经济效益，使其能够在更多的领域得到应用和推广。

CCUS技术成本和经济效益因应用场景和地区而异。以下是一些关于CCUS技术成本和经济效益的总结：

（1）成本方面：CCUS技术的成本主要包括捕集、运输、封存等环节的费用。具体而言，捕集环节的成本主要包括设备投资、运行能耗、化学品费用等；运输环节的成本主要包括管道建设、运输费用等；封存环节的成本主要包括储层租赁、封存作业等费用。根据不同场景和地区的情况，CCUS技术的成本也会有所不同。

（2）经济效益方面：CCUS技术的应用可以带来多种经济效益，包括减少温室气体排放、提高能源效率、促进经济发展等。具体而言，通过捕集和利用二氧化碳，可以促进二氧化碳资源的利用，减少能源消耗和温室气体排放；通过封存二氧化碳，可以减缓气候变化和地质灾害等风险；同时，CCUS技术还可以带动相关产业的发展，促进就业和经济增长。

2.二氧化碳封存的安全性和环境风险

二氧化碳封存在地下储存过程中存在泄漏和环境风险，需要采取有效的措施和监测手段来确保其安全性和环境可控性。未来需要加强二氧化碳封存技术的安全性和环境风险评估，完善相关的监管制度和规范标准，确保二氧化碳封存的安全性和环境可持续性。

3.政策法规和监管问题CCUS技术的实施需要政府支持和监管，同时也需要制定相应的政策和法规来规范其发展和管理，协同政府、企业和社会各方面的共同努力，建立科学合理的监管体系，促进CCUS技术的健康有序发展。

4.社会认知度和接受度问题CCUS技术对于一些公众来说可能存在认知度和接受度的问题，需要加强宣传和教育，提高公众的认知度和接受度，增强社会对CCUS技术的支持和参与度。

“绿色产业投资”专栏由中国低碳网发起成立的中国绿色碳汇基金会碳中和促进基金与《中国投资》杂志社共同合办