“双碳”愿景下碳捕集利用与封存产业高质量发展的思考

许俊锋，侯建军

(1.中国华能北方联合电力有限责任公司 安监部，内蒙古 呼和浩特 010010； 2. 中国华能北方联合电力有限责任公司 包头第三热电厂，内蒙古 包头 014010)

习近平主席向世界宣布“中国二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取在2060年前实现碳中和”，充分展示了我国坚持绿色低碳发展、积极应对气候变化的坚定决心和大国担当。“双碳”愿景是推进我国经济社会发展动力转换的重要引擎，是一场广泛而深刻的经济社会系统性变革，为我国能源转型发展指明了新的努力方向，也对低碳技术发展提出了新的更高要求[1]。

碳捕集利用与封存(Carbon Capture, Utilization and Storage，简称CCUS)是指将二氧化碳从排放源中分离并加以利用或封存，以实现二氧化碳减排的技术过程。“双碳”愿景下，我国能源结构将发生根本性转变，但仍然难以完全摆脱化石能源使用。实现化石能源低碳排放，CCUS将扮演重要角色。CCUS是我国实现2060年碳中和目标技术组合的重要构成部分。高质量发展CCUS，对推动碳循环产业经济健康可持续发展，对构建以新能源为主体的现代能源体系，保障我国能源安全、实现碳中和目标具有重要意义[2-3]。

1 “双碳”愿景下CCUS定位及贡献

1.1 CCUS是国家应对气候变化的重大战略需求

气候变化是全球面临的重大挑战，是深刻影响各国经济社会发展和生态环境的重大全球性问题。政府间气候变化专门委员会第五次特别评估报告认为“如果没有CCUS，绝大多数气候模式都不能实现减排目标。更为关键的是，没有CCUS，减排成本将会成倍增加，估计增幅平均高达138%”。国际能源署指出：“2070年全球要实现二氧化碳近零排放，CCUS将贡献约19%的碳减排量”。我国是全球最大的二氧化碳排放国，要实现2060年碳中和目标，将比欧美国家面临更大挑战，碳达峰到碳中和的时间远短于美国与欧盟。

应对气候变化事关国内、国际两个大局，事关发展的全局和长远。我国将气候变化列为关乎生存发展权和子孙后代福祉的非传统国家安全问题。《中国应对气候变化国家方案》《中国应对气候变化科技专项行动》《国家中长期科学和技术发展规划纲要》等均将碳捕集利用与封存列为应对气候变化重大技术路线。2021年9月，中共中央，国务院发布《关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》，明确提出：“推进规模化碳捕集利用与封存技术研发、示范和产业化应用”。

1.2 CCUS是未来存量化石能源零碳排放的重要途径

按照“双碳”愿景，预计2060年我国能源转型将实现“70/80/90”目标，即电能消费比重超过70%，非化石能源消费比重超过80%，清洁能源发电量比重超过90%。但我国未来仍然难以完全摆脱化石能源使用，化石能源将占我国能源消费比例的10%～15%。实现该部分化石能源零碳排放，CCUS将发挥不可替代的重要作用，并提供可观的减排贡献。据预测，未来我国CCUS可提供的二氧化碳减排贡献为11亿 t～27亿 t，其中对电力系统的减排贡献为4.3亿 t～16.4亿 t。此外，CCUS是钢铁、水泥等难以减排行业深度脱碳的可行技术方案。国际能源署认为，对于难减排行业而言，到2070年，CCUS减排贡献量将占钢铁行业总排放量的25%，占水泥行业总排放量的61%。

1.3 CCUS是保持电力系统灵活性和安全性的重要手段

“双碳”愿景下，能源系统将发生深刻转型变革，未来将构建以新能源为主体的“清洁低碳、安全高效”的现代能源体系。电力系统需要大幅提高非化石电力比例，但短期内迅速提升非化石电力占比、高比例大规模接入可再生能源电能，将显著增大电力系统供给端和消费端的不确定性，影响电力系统的安全稳定。配备了CCUS的火电是未来保障电网灵活性的重要手段，可以推动电力系统净零排放，提供稳定清洁电力，平衡可再生能源发电的波动性，在避免季节性或长期性的电力短缺方面发挥惯性支撑和频率控制等重要作用。与新能源耦合的负碳排放技术也是实现碳中和目标的托底技术保障[4]。

2 国内外碳捕集利用与封存产业发展现状

CCUS包括捕集、利用和封存三大环节。二氧化碳捕集主要包括燃烧后捕集、燃烧前捕集以及富氧燃烧捕集三类；二氧化碳资源化利用主要包括驱油、化工利用、驱替煤层气、矿化利用、生物利用等；二氧化碳地质封存主要包括陆上咸水层封存、海底咸水层封存、枯竭油气田封存等。

2.1 我国CCUS技术取得显著进展

我国CCUS技术整体发展水平与国外相当。近年来，我国加大对CCUS技术的研发力度，在多个技术环节取得了显著进展，具备了工业化应用能力，且部分技术已实现商业化应用，初步具备大规模产业示范条件和产业发展基础。其中，华能上海石洞口二厂12万 t/a碳捕集装置已稳定运行10余年，是国际上运行时间最长的燃煤电厂碳捕集装置，积累了大量的工程建设和运行经验。整体而言，我国CCUS成本处于全球低位水平，部分技术具有领先优势，但集成的关键技术尚存在一定差距。

我国CCUS技术创新和工程示范成果丰硕。目前，我国已建成约35个CCUS示范项目，捕集能力超过300万 t/a，其中包括多个万吨级二氧化碳捕集装置、两个10万 t级燃煤电厂二氧化碳捕集装置、6个5万 t～20万 t级驱油封存示范和一个10万 t级陆上咸水层二氧化碳封存示范项目。我国二氧化碳捕集源主要集中在煤化工、化肥生产、电力和水泥生产等行业。运输方式已罐车为主，地质封存以咸水层封存为主。二氧化碳利用涉及驱油、驱煤层气等地质利用、矿化利用、合成可降解聚合物等化工利用以及微藻固定等生物利用方式。

我国CCUS技术开始逐步走向国际市场。中国华能是我国最早开展CCUS技术研发和工程示范的单位之一，创立了具有完全自主知识产权的二氧化碳捕集理论和成套技术体系，具备了基于国际标准的碳捕集工程设计能力，并牵头启动了我国首个二氧化碳捕集技术领域国际标准的制定工作。澳大利亚苏拉特盆地11万 t/a碳捕集旗舰项目，全部采用华能二氧化碳捕集技术进行设计和建造，实现了我国自主知识产权二氧化碳捕集技术首次整体落地发达国家。

2.2 国外CCUS产业逐步走向成熟

国外CCUS技术推广成效显著，产业逐步成熟，主要表现为政府支持结合私有投资开展CCUS技术研发和百万吨级大规模工程示范，其中加拿大和美国处于领导地位。2014年10月，世界首个燃煤电厂100万 t/a二氧化碳捕集项目——加拿大SaskPower公司边界大坝项目正式投运，电厂碳排放指标由1 100 g/kW·h降至120 g/kW·h，常规污染物达到超净排放。2017年1月，美国佩特拉·诺瓦(Petra Nova)项目正式运行，建设耗资超过10亿美元，年捕集二氧化碳140万 t，并输送到100 km外的老油田West Ranch进行驱油。截至2020年底，全球共65个大型一体化CCS项目，其中商业运行阶段26个，二氧化碳减排规模4 500万 t，在建或开发阶段37个，暂停运行阶段2个。美国拥有14个处于商业运行阶段的大型CCUS项目，每年捕集二氧化碳超过2 500万t。

3 碳捕集利用与封存产业发展中面临的挑战

CCUS总体处于研发和示范的初级阶段，面临着技术、经济、市场和政策等诸多方面的制约，要实现产业化发展还存在很多阻力和挑战。

3.1 CCUS全流程技术链及协同机制尚未成熟

碳捕集利用与封存各环节技术发展不平衡不充分。CCUS各环节发展情况和技术成熟度差别较大，技术成本相对较高，各环节技术标准体系还不健全，距离规模化、全流程产业化应用仍存在较大差距，特别是封存和利用环节，对规模化、全流程产业示范应用的支撑能力明显不足。

捕集的二氧化碳无法有效消纳，市场规模亟待挖掘。二氧化碳地质封存的有效性、安全性和可靠性尚需长周期验证。二氧化碳输送管道等基础设施薄弱，无法支撑大规模二氧化碳运输需求。使用二氧化碳驱油可有效提高油田产量，是目前公认的二氧化碳最重要的利用和封存途径，但发电企业和石油企业之间尚未构建有效的碳捕集、驱油与封存协同合作机制。总体而言，我国面向碳中和的CCUS技术体系和制度体系尚未成熟，战略发展及应用尚存在缺口，还不适应碳中和愿景的实际需求。

3.2 我国CCUS工程规模与国外存在较大差距

我国CCUS面临高能耗、高成本的现实挑战。对我国电价水平而言，部署CCUS后，电厂发电成本将较大幅度增加。以华能(天津)煤气化发电有限公司为例，使用CCUS后每千瓦时的发电能耗增加14%～25%。CCUS包括捕集、输送与封存等多个环节，一般全部运行成本350元/t～400元/t，减排成本较高。

我国CCUS在工程应用规模上与国外差距较大。美国佩特拉·诺瓦项目捕集规模达140万t/a，我国仅有两个10万t级燃煤电厂二氧化碳碳捕集工程，尚未实际开展百万吨级CCUS全流程示范工程，在电厂大规模系统集成改造和全流程工程示范方面缺乏经验。2007年—2019年，我国实际封存二氧化碳仅200万 t，并且二氧化碳利用受限、规模较小，相比百亿吨级的排放规模，CCUS减排潜力尚未得到释放。

3.3 CCUS产业发展缺乏有效制度体系

CCUS产业政策支持和资金投入不足。虽然CCUS已得到社会广泛关注，但每年CCUS投资在全球清洁能源和能效技术投资中占比低于0.5%，未在碳减排过程中发挥其应有的作用。美国45Q法案给予应用CCUS技术的企业每吨二氧化碳35美元～50美元的税收减免。在45Q法案激励下，2020年全球新增的17个大型CCUS项目中，有12个位于美国。

我国出台了多项政策支持CCUS发展，但主要以宏观引导和政策鼓励为主，统一规划部署不足，CCUS在能源体系中的定位尚不明晰，支持与补贴标准尚未明确，尚未形成实质有效的激励措施。大规模CCUS工程的选址、设计、建设、运行、地质封存场地的评估和监管等方面缺乏相应的法律法规和标准体系。CCUS投融资渠道较为单一，市场主体作用未充分发挥，呈现出来源少、总量小、渠道窄等特征，投资缺口巨大。

4 CCUS高质量发展的支撑保障措施

“双碳”愿景下，CCUS发展将进入快轨道，需要尽快制定有效的支撑保障措施，以促进CCUS高质量发展，发挥更大的减排作用，助力实现碳达峰碳中和国家战略。

4.1 加强CCUS关键核心技术攻关

创新是引领发展的第一动力。推进科研院所、高校、企业优化配置和资源共享，设置完善的协调沟通机制，开展多学科、多领域协同攻关，组建体系化、任务型创新体系，推动关键技术突破和装备国产化。针对碳捕集、运输、利用、封存及监测等各个环节开展关键技术攻关，形成完整的技术链，超前部署新一代低成本、低能耗CCUS技术和装备研发，避免火电厂被第一代CCUS技术大面积锁定；发展与新能源耦合的负碳排放技术，驱动技术成本显著下降。

4.2 推动CCUS大规模全流程示范

加强CCUS产业商业化推广的顶层设计，支持企业开展大规模、全流程集成示范工程，加速二氧化碳输送管道等CCUS基础设施建设，引导电力和石油等行业之间形成有效的协同合作机制，推进建设百万吨级CCUS全流程示范项目。构建我国低成本、低能耗、安全可靠的CCUS产业集群，加强跨行业、跨领域的二氧化碳综合利用，建立健全多层次绿色低碳循环发展的经济体系，大力发展碳循环经济。

4.3 完善CCUS创新风险疏解机制

建立CCUS重大示范工程全生命周期成本分摊机制，在资本金投入、利率补贴、税收减免、电量电价倾斜等方面给予支持，使示范工程具有一定的收益率；同时，对示范项目后期推广给予优惠条件，引导更多企业主动示范有前景但资金投入高且有风险的重大技术，加快科技创新和科技成果工程转化。

4.4 构建CCUS政策法律法规体系

持续完善CCUS系统配套支持体系，制定适合我国国情的CCUS相关激励政策。将配备CCUS的电厂定义为清洁能源，给予税收优惠、成本补贴或增加发电配额，并制定相应的量化标准。将CCUS纳入全国碳交易市场，制定CCUS减排定价机制，制定电力和石油等关联行业间的收益分配机制。制定CCUS法律法规和标准体系，协调和规范CCUS相关利益方诉求，提供管控依据和保障。

4.5 发挥绿色金融投融资支撑作用

灵活运用金融市场投融资和碳交易等市场工具。结合国家统一碳市场建设、绿色金融体系构建等工作，整含碳资产，灵活运用各类政策和金融交易工具，以良性机制实现碳减排交易和绿色减排技术应用协同推进。加强金融市场对CCUS产业的资金支持，鼓励多元化投资，拓宽CCUS投资主体，降低投资门槛，扩大融资渠道，推动形成投融资增加、成本持续降低的良性循环，以市场化手段助推技术不断优化完善和迭代升级，CCUS产业高质量发展。

4.6 加强国际合作及参与全球治理

积极参与国际能源署、政府间气候变化委员会等多边机制，积极借助我国推动的“一带一路”倡议，双边合作机制以及其他能源治理平台，深入开展经验交流，加强技术合作，提升我国CCUS技术和产业水平。广泛深入地参与CCUS国际标准制定，提升我国在CCUS领域话语权和影响力，助力我国CCUS技术参与国际市场竞争。加强与国际金融组织合作，为国际国内项目建设提供融资保障，拓宽融资渠道[5]。

5 结束语

“碳达峰碳中和”是一项系统工程，是党中央统筹国际国内两个大局作出的重大战略决策，事关中华民族永续发展和构建人类命运共同体。碳捕集利用与封存是我国实现2060年碳中和目标技术组合的重要构成部分。

我国碳捕集利用与封存总体处于研发和示范的初级阶段，产业发展尚不成熟，面临着技术链及协同机制尚未成熟、工程应用与国外存在较大差距、产业发展缺乏有效激励政策等方面的挑战。需要从加强关键核心技术攻关、推动大规模全流程示范、完善创新风险疏解机制、构建政策法律法规体系、发挥绿色金融投融资支撑作用、加强国际合作及参与全球治理等方面，尽快制定有效的支撑保障措施，促进碳捕集利用与封存产业高质量发展，助力实现“双碳”愿景。