提升绿色能源技术话语权

张军红

提及碳达峰碳中和，我们想到最多的可能是传统能源替代，太阳能、风能等清洁能源发展，储能及碳市场建设等。其实除此之外，在实现“双碳”目标的过程中，还有一项技术不可或缺，那就是二氧化碳捕集、利用与封存技术（CCUS）。该技术可以通过将工业排放源或空气中的二氧化碳分离出来并加以利用或封存，从而减少二氧化碳的排放，甚至降低大气中二氧化碳的浓度。联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）在《IPCC全球升温1.5℃特别报告》中指出，2030年不同路径CCUS的减排量约为1亿吨—4亿吨/年，2050年约为30亿吨—68亿吨/年。国际能源署（IEA）发布的《2050年净零碳排放：全球能源领域路线图》认为，从2030年开始，每月要有10家重工业工厂安装碳捕集和封存装置，全球依靠CCUS实现碳封存的规模将在2035年达到40亿吨，约占2020年全球碳排放总量的11.8%;2050年达到76亿吨，约占2020年全球碳排放总量的22.4%。对我国而言，目前该技术的发展情况如何？主要应用于哪些领域？将会发挥怎样的作用？近日，《经济》杂志、经济网记者就此专访了国家能源集团北京低碳清洁能源研究院院长卫昶。

《经济》：请您从技术角度介绍一下二氧化碳捕集、利用与封存技术。

卫昶：CCUS从上下游的角度可以分为两段，一段为二氧化碳捕集，另一段为二氧化碳利用或者封存。对于二氧化碳捕集，通常是对工业排放源（比如燃煤发电的排放）中的二氧化碳进行捕集。目前的主流技术是通过溶剂法、膜分离法和吸附法等物理和化学方法，将二氧化碳进行分离或浓缩。溶剂法应用相对较广、技术成熟度高，主要是利用有机溶剂与二氧化碳之间的可逆反应，实行二氧化碳的吸收和解吸，但该过程能耗高、环境污染相对较大;膜分离法通常使用选择性膜在压力下对高浓度二氧化碳的混合气体进行分离，但在低压和低浓度下分离效果显著降低;吸附法是通过物理吸附对二氧化碳进行富集，目前规模化的应用还不多。此外直接从空气中捕集二氧化碳（即除碳工厂，以降低空气中二氧化碳浓度）也正在得到越来越多的重视。

捕集的二氧化碳则可以通过封存或再利用的形式，使二氧化碳不排放到大气中去。二氧化碳封存可以通过高压将二氧化碳注入海底封存或打入地下进行地质封存。封存技术相对较为成熟，但受地质条件的限制，目前的规模化应用还不多。二氧化碳利用最成熟的例子是二氧化碳驱油，即将二氧化碳注入地下进行强化采油的同时实现碳封存，这已在国际上得到广泛的应用，但二氧化碳驱油的规模依然有限，其经济性受油价和地理位置的影响较大。另一个趋势就是将二氧化碳作为化工产业的原料生产大宗化学品（比如甲醇），比如将二氧化碳与绿氢耦合已得到广泛关注，这里的挑战是如何生产低成本并且与二氧化碳排放规模匹配的化工产品。

《经济》：当前我国二氧化碳捕集、利用与封存技术的发展现状，还存在哪些不足和挑战？

卫昶：过去10多年，我国CCUS技术研究和示范应用取得了长足进步。2011年，国家能源集团就依托鄂尔多斯煤制油化工装置建成我國首套10万吨/年CCUS示范项目，该项目累计注入二氧化碳超过30万吨，初步证实了二氧化碳咸水层封存的安全性。2021年，国家能源集团依托锦界电厂建成15万吨/年电厂烟气CCUS示范项目并完成168小时运行测试，成为我国规模最大的电厂烟气CCUS装置。目前，国家能源集团还正在建设泰州电厂50万吨/年电厂烟气CCUS示范项目，预计2023年投产。此外，中石化、华能集团等企业也开展了大量研究与示范工作。但总体来看，我国在技术开发、产业示范和政策支持力度上与国际先进水平还存在一定差距。

前面讲到，我国的碳捕集技术以溶剂法为主，但成本偏高，大范围的推广还不具有经济性;吸附法技术相当一部分还停留在实验室阶段，规模化的示范还不够;二氧化碳的利用也缺乏低成本、规模匹配的技术。在产业示范方面，根据全球碳捕集与封存研究院统计，截至2021年9月，我国运行、在建以及规划中的商业化CCUS设施有5个，总捕集规模约为250万吨/年。同期，全球运行、在建以及规划中的设施有135个，总捕集规模接近1.5亿吨/年，其中运行规模为3660万吨/年。从规模上看，我国占比不足2%，应用示范力度存在较大差距，特别是尚未建成百万吨级全流程集成示范。与此同时，美国在建和运行中的百万吨级以上的商业化全流程集成运营设施有5个，加拿大有3个，多个国家还在规划建设CCUS产业集群，我国尚未有相关规划出台。此外，国外已经有从空气中直接捕集二氧化碳的示范，欧洲已经建成小规模的空气除碳工厂，美国正在建设百万吨级二氧化碳去除设施，中国在这方面的示范还没有起步。在政策方面，2011年以来，国家陆续出台了一系列政策，重视与支持CCUS减排和示范应用，但政策激励力度与效果还有待加强。相比之下，美国2018年修订后的45Q政策，对采用咸水层封存和提高石油采收率的CCUS项目，分别给予50美元和35美元/吨二氧化碳的补贴，极大地提升了企业开展相关项目的积极性，美国进入规划阶段的项目数量已接近50个。

二氧化碳捕集试验系统

《经济》：发展二氧化碳捕集、利用与封存技术，对于我国实现碳中和目标的必要性有哪些？

卫昶：首先，随着碳中和战略的不断推进，能源利用效率将逐步逼近极限，太阳能、风能等主要可再生能源的间歇性局限将逐步显现，森林、草原等自然碳汇的增加十分缓慢，出于能源安全和电网稳定性的考虑，化石能源比重势必逐步下降但仍将维持一定比例，这部分化石能源需要依靠CCUS来实现碳移除。此外，水泥、钢铁、化工等工业过程存在的刚性碳排放也可以通过该技术实现碳中和。据IEA预测，在巴黎协定2℃温升情景下，全球范围内CCUS的减排贡献约为14%。由于我国的能源禀赋与世界平均水平存在较大差异，CCUS对于我国的减排贡献可能更大。因此，开发CCUS这样的末端脱碳技术对实现碳中和目标至关重要。

其次，该技术可以避免大量高碳能源资产搁浅。由于历史发展的原因，我国目前拥有大量的高碳能源存量资产，这些资产在碳中和战略推进过程中存在被动搁置风险。以火电为例，我国有40%以上、约5亿千瓦火电机组的年龄不超过10年，涉及资产总额数万亿元。CCUS技术的成熟和应用有望避免大规模的火电关停及其次生效应。

再者，CCUS技术有望引领世界绿色能源技术竞争。CCUS技术是最有希望帮助高碳能源实现低碳转型的技术。配备CCUS的化石能源从本质上讲也是绿色能源。低成本大规模的CCUS应用既是对光伏、风电等可再生能源的补充，又是在绿色能源层面的直接竞争，因此CCUS的技术突破和产业发展至关重要。美国、欧洲、日本等主要发达国家均大量投资CCUS技术研发与示范，希望探索出经济可行的化石能源的绿色应用之路。中国发展CCUS技术，推动CCUS产业将有利于我国在新一轮绿色技术竞争和全球气候合作中掌握更大的主动权和话语权。

《经济》：为了更好地发挥其作用，未来，我们应该如何完善和推进这一技术的发展？

卫昶：CCUS要为实现我国碳中和目标发挥应有的作用，需要从技术、政策和产业三个方面共同推动。

技术层面，大力推进核心技术研发与工程示范。一要加快推进百万吨级项目示范。未来5年—10年是我国CCUS技术发展的黄金时期，要充分发挥大型能源企业的作用，对于相对成熟的技术，要有序推进驱油、枯竭油气田封存和咸水层封存等多条技术路线示范，全面掌握大规模CCUS核心装备制造、系统集成和运行控制成套技术。二要聚焦推动核心技术升级。联合优势技术团队协同创新，重点攻关低能耗溶剂捕集、吸附捕集、膜法捕集、大宗化工利用、封存选址、安全监测等核心技术，持续降低CCUS技术的能耗和投资成本，提高可靠性和安全性。三要积极布局基础前沿研究。開展直接空气捕集、人工光合作用、封存矿化、煤气化一体化燃料电池发电等基础研究，推动相关领域的原始创新。四要鼓励优秀青年科研人才投身CCUS研究领域，打造一流的技术团队，同时加大力度推动CCUS技术创新的国际合作。

政策层面，加快出台激励与配套政策。一是研究出台CCUS减排项目补贴政策。综合研究直接税收抵扣、发电小时数奖励、碳排放配额奖励等措施，出台力度合理的补贴政策，利用市场机制鼓励高碳能源企业积极实施CCUS碳减排项目。二是研究建立减排效益分享机制。综合运用行政和立法手段，明确以火电为代表的碳排放企业和以油气田为代表的碳封存优质资源占有企业，在联合实施碳封存减排项目时的效益分享机制，促进源汇匹配合作。三是研究完善配套政策。完善CCUS项目环境影响评价和审批等制度，制定长期风险分担机制，将CCUS项目纳入绿色金融支持范围，消除项目实施的非技术壁垒。

产业层面，着力培育CCUS新兴业态。一是研究规划区域性集约型基地。基于源汇科学匹配，在全国范围内规划若干区域性CCUS基地，形成行业稳定预期，引导产业有序发展。二是研究布局二氧化碳运输基础设施。二氧化碳运输管道及其网络是实施大规模CCUS应用的关键基础设施，其规划建设对形成CCUS产业具有长远意义。三是积极扶持生态链企业。CCUS有望形成千亿元至万亿元规模的市场，这一行业必将诞生许多新兴企业。可以充分运用资本、市场等手段，积极扶持相关企业的发展，使其在助力实现碳中和目标的同时，形成新的经济增长动能。

最后我要强调，顶层设计、技术创新和产业培育是推动CCUS发展的最重要因素，三管齐下才能真正实现低成本规模化的CCUS应用。此外，CCUS是实现碳中和的重要途径，但不是唯一途径，在关注CCUS的同时，也要大力推动风电、太阳能等可再生能源的发展和氢能、储能等关联产业的发展。

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