“前景”“瓶颈”和“出路”——碳捕集利用与封存技术产业化应用调研

不久前出台的碳达峰碳中和顶层设计文件要求，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。那么，碳捕集利用与封存技术（CCUS）对于碳达峰碳中和有什么重要作用，国内外已有的碳捕集项目和企业的发展情况如何，CCUS技术的产业化应用还面临哪些困难和问题，记者进行了调研。  

CCUS对实现碳达峰碳中和目标必不可少  

近期发布的《中共中央国务院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》要求，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，并且明确提出将加大对碳捕集利用与封存等项目的支持力度。  

“二氧化碳的去除主要依靠自然过程吸收、生态碳汇和工程封存。假如2060年我国每年排放20-25亿吨二氧化碳，根据目前观测比例，自然过程可以吸收13亿吨，如果生态系统吸收8亿吨，那么剩余的至少4亿吨二氧化碳，需要通过CCUS等技术实现碳中和。”中国国际工程咨询有限公司高级工程师张建红说，“因此，CCUS技术对实现碳中和目标必不可少。”  

从国外碳捕集项目来看，地下封存、驱油和食品级利用，是较主要的方向。很多大型的项目将捕集的二氧化碳用于“驱油”，即把二氧化碳注入油田中，通过“三次采油”技术使即将枯竭的油田再次采出石油，同时能将二氧化碳长期贮存在地下。  

例如，美国空气产品公司开展的美国得克萨斯州亚瑟港项目，号称“世界级二氧化碳捕集项目”，该项目从两套产生氢气的蒸汽甲烷重整装置中捕集超过90%的二氧化碳，每年捕集二氧化碳高达100万吨，相当于从道路上移走20万辆汽车。  

国际上普遍对CCUS技术寄予厚望。国际能源署（IEA）发布的《2050年净零排放：全球能源行业路线图》报告预计，CCUS技术是唯一能够在发电和工业生产过程中大幅减少化石燃料碳排放的解决方案。全球碳捕集将从2020年的4000万吨/年，增长至2050年的76亿吨/年，市场前景广阔。  

近年来，国内许多行业对CCUS技术进行了尝试和探索。  

水泥行业是碳排放的“大户”，2020年我国水泥行业碳排放约12.3亿吨。“而且水泥行业单位产品二氧化碳排放量高，生产1吨水泥熟料需要排放约0.86吨二氧化碳。即使燃料、电能全部清洁替代，也只能减少40%的二氧化碳，还有60%以上的碳酸盐分解二氧化碳无法削减。”海螺集团总经理助理陈永波说，“因此水泥行业碳减排任重道远，必须通过技术迭代、流程再造、二氧化碳捕集、二氧化碳转化应用技术等推动碳减排。”  

2018年10月，海螺集团白马厂年产5万吨工业级二氧化碳、3万吨食品级二氧化碳的碳捕集生产线正式投产。2020年3月，年产3000吨干冰生产线正式投产，目前项目运行正常，已生产销售工业级二氧化碳5.7万吨，食品级二氧化碳1.2万吨。  

“水泥行业的碳捕集技术在国际上仅处于中试阶段，无成熟的经验可借鉴，本项目是世界首条，也是目前唯一一条实现大规模工业化水泥窑烟气的碳捕集生产线。项目建成后，国内外同行纷纷前来学习调研，据了解，海德堡水泥将在挪威布雷维克工厂建设水泥窑碳捕集项目，中国建材集团计划在山东青州中联建设水泥窑碳捕集项目。”海螺集团陈永波说。  

石化尾气的碳捕集领域，湖南凯美特气体股份有限公司深耕了二十余年，该公司回收石化尾气提纯生产食品级二氧化碳，产品纯度超过99.999%。  

“我们认为，通过对全国大型石油化工企业的废气回收处理，可以实现二氧化碳的固碳和产品转换，对于碳中和是很有帮助的，前景非常广阔。”凯美特气董事长祝恩福说。  

高成本制约CCUS的产业化应用  

尽管CCUS技术对于碳达峰碳中和十分重要，然而国内外的项目都遇到成本高、技术成熟度不够、商业模式不完善等难题。  

美国NRG能源公司与新日本石油株式会社共同运作的PetraNova项目，在2017年1月开始运营，该项目对煤电厂烟气流进行二氧化碳回收，到2020年1月已经累计捕集近400万吨二氧化碳，通过“三次采油”实现原油增产超过420万桶。  

然而，CCUS的成本很高，PetraNova项目每吨二氧化碳的捕集成本为40至80美元，输送二氧化碳和向地下注入还会产生巨额开支。该项目90%的收入来源为“三次采油”，因而油价直接影响了项目的收入水平。然而，近几年国际油价整体处于低位，NRG能源公司仅在2019年就发生了约1.01亿美元的项目资产减值损失。2020年5月，由于受到新冠肺炎疫情和油价暴跌的叠加影响，PetraNova项目停止运营。  

张建红介绍，国内已投运或建设中的CCUS项目约有40个，多处于示范阶段。CCUS项目技术尚不够成熟，运行成本较高，经济性还有待进一步提升。  

“相比国外，我国的CCUS项目起步较晚，且尚无投运百万吨级规模的项目。目前，国内项目以捕集量为10万吨级规模的为主。”张建红说，“而且项目运行成本太高，经济性不明确。有研究测算，不包括运输和封存成本，国外捕集二氧化碳的成本约为11至57美元/吨，而我国当前的低浓度二氧化碳捕集成本为300至900元/吨。联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）的研究报告认为，只有当捕集和封存二氧化碳的总成本降到25至30美元/吨时，CCUS技术才可能大规模推广。”  

企业也反映，高成本是CCUS项目推广的重要阻碍。“水泥窑烟气中二氧化碳浓度低，只有18%至20%左右，成分复杂，含二氧化硫、氯化物、氟化物等有害成分，并且粉尘量大，烟气温度高。这些都导致水泥窑烟气捕集纯化技术的工艺相较于其他行业更为复杂，技术难度、运行能耗和生产成本、运营成本相对较高。”陈永波说。  

此外，捕集后提纯得到的二氧化碳产品的应用范围较窄，也限制了CCUS技术的产业化应用。  

“二氧化碳的市场空间，很大程度上决定了碳捕集项目的发展前景。然而，目前捕集得到的二氧化碳应用范围较窄，销售的市场规模有限，亟须将二氧化碳转化为高附加值产品。”陈永波说。  

二氧化碳资源化利用或成CCUS推广关键  

英国咨询公司IDTechEx研究称，随着全球减少石油消费，“三次采油”作为CCUS技术的驱动力很可能会变弱，而碳定价和二氧化碳使用市场会对CCUS项目的财务可行性带来影响。  

“凯美特气没有封存业务，将捕获的二氧化碳全部进行资源化再利用。二十多年来完全开展市场化经营，不仅能够生存下来，并且在食品级二氧化碳的国内市场，占有率名列前茅，是可口可乐、百事可乐中国区最大的高纯二氧化碳供应商。这证明了二氧化碳资源化利用能够形成可行的商业模式。”祝恩福说。  

张建红建议，CCUS技术还需要进一步研究迭代，可超前部署新一代低成本、低能耗、低水耗的CCUS技术，但现在还没有必要马上就开展大规模工程封存。当前应规划CCUS选址和布局，积极稳妥进行CCUS试点，通过政府引导，开展CCUS试点项目，鼓励社会资金参与，共同分享利益、承担风险，然后在总结经验的基础上有序推广。  

“可借鉴美国‘45Q税收法案’，探索建立CCUS项目财税支持政策。在项目建设上给予资金支持，或以奖代补。在运行成本方面，给予电价补贴。在二氧化碳产品方面，给予相应的税收优惠。”张建红说。  

陈永波建议，进一步降低碳捕集项目建设成本和运行成本，并且加大二氧化碳转化应用技术的研究，拓展二氧化碳资源化应用空间，将捕集下来的二氧化碳转化为具有高附加值的产品，例如可燃气体、甲醇、矿化、生态农业等，真正实现二氧化碳变废为宝。  

多位业内人士认为，将CCUS纳入碳排放权交易市场，可以很好地鼓励CCUS市场的发展。  

“加快碳排放权交易市场建设步伐，可以助力解决碳捕集方面的成本问题，同时也可以促进相关企业减少排放。”祝恩福说。  

张建红建议，将CCUS捕集量核定为碳汇量，纳入全国碳交易市场进行交易，通过碳汇项目补偿机制保障CCUS项目稳定的资金来源。