環(huán)保行業(yè)專題碳捕集利用與封存技術零碳之路的最后一公里

環(huán)保行業(yè)專題：碳捕集利用與封存技術，零碳之路的最后一公里1.CCUS是實現(xiàn)減排目標的關鍵一環(huán)1.1.

什么是

CCUS技術碳中和意味著最終排放

到大氣中的二氧化碳為零，即處于“碳吸收”等于“碳排放”的平衡狀態(tài)。其中，“碳吸收”

中一項較為直接且有效的技術是碳捕集利用與封存技術（CarbonCapture,

UtilizationandStorage，以下簡稱

CCUS）。廣義

CCUS技術是指將

CO2

從工業(yè)過程、能源利用或大氣中分離出來，直接加以利用

或注入地層以實現(xiàn)

CO2

永久減排的一系列技術的總和。CCUS的過程可分為四個環(huán)節(jié)：CO2

捕集與壓縮、CO2

運輸、CO2

利用和

CO2

封存。按不同環(huán)節(jié)的組合關系，CCUS產(chǎn)業(yè)模式

可以分為多種，包括

CS（碳捕集與封存）、CU（碳捕集與利用）、CUS（碳捕集、封存與利

用）、CTS（碳捕集、運輸與封存）、CTUS（碳捕集、運輸、封存與利用）。根據(jù)減排效應的

不同，可將

CCUS分為減排技術——傳統(tǒng)

CCUS技術以及負碳技術——生物質能碳捕集與

封存（BioenergywithCarbonCaptureandStorage，以下簡稱

BECCS）和直接空氣碳捕集

與封存（DirectAirCarbonCaptureandStorage，以下簡稱

DACCS）。其中，盡管傳統(tǒng)

CCUS技術可以減少化石燃料燃燒等過程中的

CO2

的排放，但從全生命周期的角度來看，排放量依

舊是大于零的，而后者——負碳技術則指完全從大氣中去除二氧化碳的過程，從全生命周期

的角度來看排放量為負，因此它對于碳中和（凈零排放）具有重要意義。具體來說，BECCS指二氧化碳經(jīng)由植被（生物質的一種）的光合作用從大氣中提取出來后，通過燃燒生物質進

行發(fā)電并從燃燒產(chǎn)物中對其進行回收，最后將其封存于地下，簡單來說

BECCS即配備

CCUS技術的生物質發(fā)電站，通過改變二氧化碳來源（碳源）的能源類型使得發(fā)電廠不僅不會排放

CO2

還會從空氣中吸收

CO2

封存于地下；而

DACCS則指直接從空氣中捕獲二氧化碳并封

存，由于其碳源最為普遍，因此相比傳統(tǒng)

CCUS和

BECCS，DACCS工廠位置的設置更為靈

活。1.2.

CCUS已進入商業(yè)化初期階段，美國與歐盟發(fā)展領先CCUS技術起源于上世紀

70

年代對于

CO2

的驅油利用，從全球視角下大致歷經(jīng)三個階

段，現(xiàn)已進入商業(yè)化初期快速增長階段。美國是應用二氧化碳驅油研究試驗最早、最廣泛的

國家，從

1970

年開始，美國就把二氧化碳注入油田作為提高石油采收率(EOR)的一種技術手

段，其在利用

CO2

驅油的同時累計封存

CO2

約十億噸。CCUS技術在歷經(jīng)近十年的低迷徘

徊后，在

2018

年左右迎來新一輪的發(fā)展與增長，據(jù)全球碳捕集與封存研究院數(shù)據(jù)，2020

年

全球碳捕集能力為

4000

萬噸/年。今年隨著應對氣候變化的壓力驟增，全球

CCUS項目部署

行動有所加快，根據(jù)國際能源署（IEA），2021

年以來（截止

2021

年

11

月），已公布的

CCUS設施建設計劃超過了

100

個，而全球管道工程項目的推進將有望讓

CO2

運輸能力翻兩番。我

國

CCUS研究起步較晚，但在

2006

年左右中國學術界和工業(yè)界根據(jù)國情，明確了中國碳捕

集與封存技術要走

CO2

資源化利用之路，第一次提出了“CCS+U”（即

CCUS）的概念。目

前中國

CCUS技術仍處于研發(fā)與示范階段，主要應用在煤電廠減排和驅油/氣方面。CCUS目前在全球

25

個國家均有部署，美國和歐盟處于領先地位。2021

年美國和歐盟

新增

CCUS項目數(shù)約占全球今年新增項目數(shù)量的四分之三，累計項目數(shù)約占全球累計項目數(shù)

量的

63%，主要原因在于美國、歐盟對于

CCUS技術的政策支持力度較強，例如美國聯(lián)邦政

府的

45Q稅收抵免(Taxcredit)和加州政府的低碳燃料標準(CaliforniaLowCarbonFuelStandard)政策、歐盟的歐洲創(chuàng)新基金等，能有效降低項目成本，刺激

CCUS項目快速部署。

目前中國針對

CCUS技術的具體的政策支持主要體現(xiàn)在拓寬融資渠道等方面。1.3.

CCUS對于全球及中國碳中和目標的實現(xiàn)具有重要意義CCUS作為碳減排技術之一，主要優(yōu)點是減排潛力大、可促進煤等化石能源的清潔利用，

較符合我國國情。從行業(yè)上看，CCUS可應用于電力、能源（例如天然氣開采、制氫）以及

減排難度較大的制造業(yè)（例如水泥、化工、鋼鐵）等行業(yè)的減排，且針對無法通過傳統(tǒng)

CCUS技術減排的交通運輸業(yè)、建筑業(yè)等，也可選擇采用

BECCS、DACCS等負碳技術進行減排。當前，在全球范圍內

70%的

CCUS的碳源主要來自于天然氣加工（通常開采出的天然氣中含

有一定成分的

CO2，需要去除后得到凈化的天然氣以供出售）。CCUS目前在中國應用程度

尚淺且項目規(guī)模較小，因此按不同行業(yè)的

CCUS項目數(shù)量進行分析，目前超過

30%的項目用

于煤電減排。但與其他減排技術相比，CCUS技術存在一定的環(huán)境風險，例如碳泄漏問題，

可能會對周邊環(huán)境和居民生活帶來負面影響；此外，從全生命周期的角度去分析傳統(tǒng)

CCUS技術時，其減排效果不一定是最佳的，例如其捕集、運輸、利用或封存的環(huán)節(jié)中會消耗一定

能源（增加碳排放）。在全球應對氣候變化路徑中，CCUS地位不可替代。聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會

（IPCC）、國際能源署（IEA）、國際可再生能源機構（IRENA）在不同減排路徑下對

CCUS的減排貢獻進行了預測，在各模擬情景下

CCUS技術都是實現(xiàn)本世紀升溫控制、實現(xiàn)近零排

放目標的關鍵途徑之一。由于各組織對于減排情景的設定各有不同，因此預測的結果存在一

定差別：2030

年，CCUS貢獻的減排量在

1-16.7

億噸/年，平均為

4.9

億噸/年；2050

年，

CCUS貢獻的減排量為

27.9-76

億噸/年，平均為

46.6

億噸/年。從貢獻比例上看，在

IEA發(fā)

布的可持續(xù)發(fā)展情景中，全球將于

2070

年實現(xiàn)凈零排放，CCUS在

2050

年對當年減排量的

貢獻比例為9%，在2070年對累計碳減排的貢獻占比達15%；在國際可再生能源機構（IRENA）

發(fā)布的深度脫碳情景中，2050

年

CCUS（不包含

BECCS）將貢獻

6%的年減排量，約

22.14

億噸/年左右。在現(xiàn)有技術情形下，在部分行業(yè)減排路徑中

CCUS是不可跳過的關鍵一環(huán)。根據(jù)

IEA在

可持續(xù)發(fā)展情景下對各行業(yè)

CCUS減排貢獻的測算，鋼鐵、水泥、化工、燃料轉化、發(fā)電行

業(yè)等在

2020-2070

年的過程中將會利用

CCUS技術實現(xiàn)累計

25%、61%、28%、90%、15%

的減排量。貢獻比例不同主要是由于不同行業(yè)使用

CCUS的技術成本（排放源濃度不同所導

致）、替代技術的可行性與相對成本等存在差異。CCUS技術對于中國實現(xiàn)碳中和目標具有重要意義，體現(xiàn)在以下五個方面：1）化石能源實現(xiàn)低碳化利用的唯一技術途徑是

CCUS。在碳中和目標背景下，未來能源

結構應圍繞“高比例可再生能源+核能/化石能源”布局清潔低碳的現(xiàn)代能源體系。2020

年，

煤炭在中國能源消費占比中高達

57%，預計到

2050

年該比例可能降至

10%-