碳中和目標下中國碳捕集利用與封存技術(shù)應用前景

張賢

碳捕集利用與封存（CCUS）指將二氧化碳從排放源中分離后或直接加以利用或封存，以實現(xiàn)二氧化碳減排的技術(shù)過程。作為目前唯一能夠?qū)崿F(xiàn)化石能源大規(guī)模低碳化利用的減排技術(shù)，CCUS是我國實現(xiàn)2060年碳中和目標技術(shù)組合的重要構(gòu)成部分。近年來，我國在碳捕集、輸送、利用及封存多個技術(shù)環(huán)節(jié)均取得顯著進展，已經(jīng)具備CCUS技術(shù)工業(yè)化應用能力;但CCUS商業(yè)化一直面臨高成本、高能耗的挑戰(zhàn)，相關激勵政策、產(chǎn)業(yè)部署及管理體系有待完善。未來，應加快開展CCUS大規(guī)模全鏈條集成示范，科學制定CCUS技術(shù)發(fā)展規(guī)劃和激勵政策，為實現(xiàn)碳中和目標、保障能源安全、促進經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展提供技術(shù)支撐。

一、CCUS是我國實現(xiàn)碳中和目標技術(shù)組合的重要構(gòu)成部分

1.CCUS是目前實現(xiàn)大規(guī)模化石能源零排放利用的唯一技術(shù)選擇。我國能源系統(tǒng)規(guī)模龐大、需求多樣，從兼顧實現(xiàn)碳中和目標和保障能源安全的角度考慮，未來應積極構(gòu)建以高比例可再生能源為主導，核能、化石能源等多元互補的清潔低碳、安全高效的現(xiàn)代能源體系。2019年，煤炭占我國能源消費的比例高達58%;根據(jù)已有研究的預測，到2050年，化石能源仍將扮演重要角色，占我國能源消費比例的10%～15%。CCUS將是目前實現(xiàn)該部分化石能源凈零排放的唯一技術(shù)選擇。

2.CCUS是碳中和目標下保持電力系統(tǒng)靈活性的主要技術(shù)手段。2060年前達到碳中和目標要求電力系統(tǒng)大幅提高非化石電力比例，并提前實現(xiàn)凈零排放，但短期內(nèi)迅速提升非化石電力占比，必將造成電力系統(tǒng)在供給端和消費端不確定性的顯著增大，影響電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定。充分考慮電力系統(tǒng)實現(xiàn)快速減排并保證靈活性、可靠性的多重需求，火電加裝CCUS是當前具有競爭力的重要技術(shù)手段。火電加裝CCUS可以推動電力系統(tǒng)凈零排放，提供穩(wěn)定清潔電力，平衡可再生能源發(fā)電的波動性，在避免季節(jié)性或長期性的電力短缺方面發(fā)揮慣性支撐和頻率控制等重要作用。

3.CCUS是鋼鐵水泥等難以減排行業(yè)深度脫碳的可行技術(shù)方案。國際能源署發(fā)布2020年鋼鐵行業(yè)技術(shù)路線圖，預計到2050年，鋼鐵行業(yè)通過采取工藝改進、效率提升、能源和原料替代等常規(guī)減排方案后，仍然剩余34%的碳排放量，即使氫能直接還原鐵技術(shù)取得重大突破，剩余碳排放量也超過8%。水泥行業(yè)通過采取其他常規(guī)減排方案后，仍剩余48%的碳排放量。CCUS是鋼鐵水泥等難以減排行業(yè)實現(xiàn)凈零排放為數(shù)不多的可行技術(shù)方案。

4.CCUS與新能源耦合的負排放技術(shù)是實現(xiàn)碳中和目標的托底技術(shù)保障。研究表明，到2060年，我國仍有部分無法減排的溫室氣體排放需要通過碳匯和負排放來抵消，應提前儲備和部署生物質(zhì)耦合CCUS技術(shù)（BECCS）和直接空氣捕集（DAC）等負排放技術(shù)。考慮我國尚未開展BECCS示范項目，并且生物質(zhì)燃料的資源潛力受空間分布不均、可利用土地面積有限、環(huán)境政策制約等多種因素限制，聚焦評估BECCS減緩氣候變化的綜合效用和潛在風險，并為未來大規(guī)模實施BECCS開展技術(shù)儲備和部署規(guī)劃是當務之急。

二、碳中和目標下，發(fā)展CCUS技術(shù)具有多重協(xié)同效益

1.CCUS技術(shù)可為我國實現(xiàn)碳中和目標提供可觀的減排貢獻。綜合考慮CCUS技術(shù)在電力系統(tǒng)、工業(yè)部門的應用及其負排放潛力，研究顯示預計到2050年，CCUS技術(shù)可提供減排貢獻為11億～27億噸二氧化碳。理由如下：一是據(jù)預測，CCUS技術(shù)對電力系統(tǒng)的減排貢獻在4.3億～16.4億噸。2019年中國能源電力發(fā)展展望指出，我國電力需求到2050年預計增長到12萬億～15萬億度，即使火電占比大幅縮減至10%左右，仍有4.3億～16.4億噸二氧化碳需通過CCUS技術(shù)減排才能實現(xiàn)電力系統(tǒng)的凈零排放。二是CCUS技術(shù)對鋼鐵及水泥等難以減排行業(yè)的減排貢獻突出。2019年能源轉(zhuǎn)型委員會與落基山研究所聯(lián)合發(fā)布的報告《中國2050：一個全面實現(xiàn)現(xiàn)代化國家的零碳圖景》指出，我國鋼鐵行業(yè)到2050年預計產(chǎn)量為4.75億噸，即使考慮了其他各項減排措施后，要實現(xiàn)凈零排放，還有0.5億～2.1億噸二氧化碳需要通過CCUS進行減排。同理，即使我國水泥行業(yè)到2050年預計產(chǎn)量壓縮到約8億噸，在采用了其他減排技術(shù)后，仍有約2.6億噸二氧化碳的減排需依靠CCUS技術(shù)。三是BECCS、DAC等負排放技術(shù)的減排潛力巨大。《2019年可再生能源數(shù)據(jù)手冊》指出，考慮農(nóng)業(yè)剩余物、林業(yè)剩余物、能源作物等生物質(zhì)燃料，我國生物質(zhì)到2050年資源潛力可達6億噸標煤，對應二氧化碳負排放潛力可達3.6億～5.9億噸。

2.CCUS技術(shù)的大規(guī)模部署將有效增強我國實現(xiàn)碳中和目標的經(jīng)濟性。一是包含CCUS技術(shù)在內(nèi)的多種低碳技術(shù)組合是實現(xiàn)碳中和目標最為經(jīng)濟可行的方案。政府間氣候變化專門委員會（IPCC）第五次評估報告指出，如果不采用CCUS技術(shù)，要實現(xiàn)本世紀末全球溫升不超過2℃的減排目標，估計整體減排成本增幅將高達138%。通過采取CCUS與能效提升、終端節(jié)能、儲能、氫能等多領域多技術(shù)的減排方案相結(jié)合，有助于獲得最大成本效益。二是CCUS技術(shù)的大規(guī)模部署可以避免大量基礎設施建設的擱淺成本。2019年，我國火電合計裝機容量已達1191GW。火電加裝CCUS不僅可以避免已經(jīng)投產(chǎn)的機組提前退役，還能減少因建設其他低碳電力基礎設施造成的額外投資，降低實現(xiàn)碳中和目標的經(jīng)濟成本。三是CCUS未來技術(shù)成本評估總體樂觀。2019年中國CCUS技術(shù)路線圖指出，目前高濃度排放源應用CCUS的技術(shù)成本僅為19.7～33.1美元/噸，二氧化碳驅(qū)油技術(shù)（CO2-EOR）已經(jīng)具有零成本甚至負成本的機會。預計2035年前，CCUS的技術(shù)成本有望繼續(xù)下降30%以上，部分利用技術(shù)能夠產(chǎn)生較高的經(jīng)濟效益;同時考慮碳市場和碳稅等激勵政策，綜合評估CCUS未來技術(shù)成本可接受，可以實現(xiàn)商業(yè)化推廣。

3.CCUS技術(shù)在保障能源安全、促進綠色經(jīng)濟發(fā)展和提高生態(tài)環(huán)境綜合治理能力等方面具備較好的協(xié)同效益。一是CCUS技術(shù)能夠推動多元能源系統(tǒng)構(gòu)建并避免能源結(jié)構(gòu)過激調(diào)整，進而保障國家能源安全。CCUS技術(shù)協(xié)同開展低碳化石能源制氫，在降低制氫成本的同時，實現(xiàn)高碳與低碳能源協(xié)同發(fā)展與安全利用。二是二氧化碳資源化利用促進綠色經(jīng)濟發(fā)展。伴隨未來低碳科技創(chuàng)新與成果轉(zhuǎn)化，二氧化碳資源化利用有望發(fā)展成為占據(jù)綠色經(jīng)濟制高點的新興戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)，在增加市場綠色產(chǎn)品供給量的同時，帶動產(chǎn)業(yè)低碳科技創(chuàng)新和工藝轉(zhuǎn)型的積極性。三是CCUS技術(shù)有助于提高生態(tài)環(huán)境綜合治理能力。我國以化石能源為主的能源結(jié)構(gòu)導致二氧化碳與主要大氣污染物的排放具有很強的“同根、同源、同過程”特征，火電加裝CCUS有助于推進二氧化碳和大氣污染物的協(xié)同治理。此外，二氧化碳驅(qū)水技術(shù)（CO2-EWR）為我國西部水資短缺問題提供了新的解決方案。通過利用該技術(shù)將捕集到的二氧化碳注入咸水層，可以驅(qū)替深部咸水并淡化利用;同時該項技術(shù)可以降低地下壓力，提高二氧化碳封存工程的安全性。

三、統(tǒng)籌部署CCUS技術(shù)發(fā)展，加快推進新一代CCUS技術(shù)研發(fā)和集成示范

2060年碳中和目標對我國CCUS技術(shù)發(fā)展規(guī)劃提出新要求。我國未來應加大對CCUS技術(shù)研發(fā)投入和政策扶持力度，推進低成本、低能耗、安全可靠的全鏈條集成示范及商業(yè)化應用進程。

1.加大CCUS技術(shù)研發(fā)投入，加快成本及能耗的降低。一是針對碳捕集、分離、運輸、利用、封存及監(jiān)測等各個環(huán)節(jié)開展核心技術(shù)攻關。爭取到2035年前第二代捕集技術(shù)實現(xiàn)商業(yè)化應用，新型利用技術(shù)實現(xiàn)商業(yè)化推廣。二是開展大規(guī)模全鏈條集成示范工程。爭取在“十四五”時期建成3～5個百萬噸級CCUS全鏈條示范項目，到2030年前建成千萬噸級CCUS產(chǎn)業(yè)促進中心。三是超前部署新一代低成本、低能耗CCUS技術(shù)研發(fā)，發(fā)展與新能源耦合的負排放技術(shù)，驅(qū)動技術(shù)成本顯著下降。

2.推進CCUS技術(shù)商業(yè)化應用進程，避免錯過電力系統(tǒng)和工業(yè)部門的最佳改造窗口期。一是緊抓早期機會加速商業(yè)化推廣。將目前已商業(yè)化的捕集技術(shù)應用于高濃度排放源，并與地質(zhì)、化工、生物等較為成熟的利用技術(shù)相結(jié)合，推動形成種類多樣化、附加值較高的終端商業(yè)產(chǎn)品。二是把握2030～2035年CCUS技術(shù)電廠改造的最佳改造窗口期，爭取最大減排效益。三是在最佳改造窗口期內(nèi)完成技術(shù)代際更替，從而避免技術(shù)鎖定。按照改造成本最優(yōu)原則，CCUS技術(shù)的代際更替應在最佳改造窗口期內(nèi)完成。若晚于最佳改造窗口期，燃煤電廠的剩余壽命將難以支撐其進行新一代CCUS技術(shù)改造投資，進而導致其被第一代CCUS技術(shù)大面積鎖定而無法采用新一代技術(shù)。

3.探索制定CCUS激勵政策及標準體系。一是充分借鑒美國45Q稅收法案，探索制定適合我國的CCUS稅收優(yōu)惠和補貼激勵政策，形成投融資增加和成本降低的良性循環(huán)。二是給予超前部署的新一代低成本、低能耗技術(shù)以及與新能源耦合的負排放技術(shù)同等政策激勵。三是制定CCUS行業(yè)規(guī)范、制度法規(guī)以及科學合理的建設、運營、監(jiān)管、終止標準體系。大幅提升新建電廠的碳排放標準，明確在役電廠改造的技術(shù)適用性標準;不斷完善輸送管道的設計及安全標準;分類制定二氧化碳利用或封存的品質(zhì)標準。

4.規(guī)劃布局CCUS基礎設施建設。一是加大對基礎設施的投資力度，優(yōu)化設施管理模式，建立合作共享機制。二是注重與已有資源整合，立足于正在建設的新疆產(chǎn)業(yè)促進中心，逐步升級完善現(xiàn)有設施。三是以基礎設施合作共享帶動形成新的產(chǎn)業(yè)促進中心減少CCUS項目早期投資成本。

5.加強國際合作與交流，深化多邊機制合作與知識共享。一是通過中美清潔能源聯(lián)合研究中心、中英（廣東）CCUS中心等國際合作平臺進一步創(chuàng)新引領國際合作機制。二是推動發(fā)達國家向發(fā)展中國家的技術(shù)轉(zhuǎn)移，創(chuàng)立CCUS知識體系，縮短研發(fā)周期。三是在國際能源署、清潔能源部長級會議、碳收集領導人論壇、油氣氣候倡議組織等框架下積極開展多邊合作與知識共享。