“雙碳”目標(biāo)下CCUS在引領(lǐng)煤炭行業(yè)低碳轉(zhuǎn)型過程中的作用

陸詩建

中國的碳排放主要來自煤炭能源消費，實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的關(guān)鍵在煤炭。結(jié)合當(dāng)前國際能源利用現(xiàn)狀，在筆者看來，碳達(dá)峰碳中和給煤炭行業(yè)帶來的挑戰(zhàn)前所未有，帶來的機遇也不可多得。煤炭對中國能源安全的“兜底保障”作用是中國低碳清潔安全高效能源體系構(gòu)建的重要基礎(chǔ);煤炭的低碳清潔高效利用是“能源替代”的重要內(nèi)涵，也可能成為煤炭行業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展當(dāng)前階段的重要特征;碳捕集利用與封存技術(shù)（CCUS）是實現(xiàn)煤炭低碳潔凈高效利用的關(guān)鍵技術(shù)中的關(guān)鍵，實現(xiàn)CCUS超前大規(guī)模商業(yè)化部署任務(wù)緊迫，需要加快進度。

全球能源科技現(xiàn)狀：

綠色低碳是創(chuàng)新的主要方向

當(dāng)前，新一輪能源技術(shù)革命正在孕育興起，新的能源科技成果不斷涌現(xiàn)，正在并將持續(xù)改變世界能源格局。非常規(guī)油氣勘探開發(fā)技術(shù)在北美率先取得突破，頁巖氣和致密油成為油氣儲量及產(chǎn)量新增長點，海洋油氣勘探開發(fā)作業(yè)水深記錄不斷取得突破;主要國家均開展了 700℃超超臨界燃煤發(fā)電技術(shù)研發(fā)工作，整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)技術(shù)、捕集捉與封存技術(shù)、增壓富氧燃燒等技術(shù)快速發(fā)展。燃?xì)廨啓C初溫和效率進一步提高，H 級機組已實現(xiàn)商業(yè)化，以氫為燃料的燃?xì)廨啓C正在快速發(fā)展;三代核電技術(shù)逐漸成為新建機組主流技術(shù)，四代核電技術(shù)、小型模塊式反應(yīng)堆、先進核燃料及循環(huán)技術(shù)研發(fā)不斷取得突破;風(fēng)電技術(shù)發(fā)展將深海、高空風(fēng)能開發(fā)提上日程，太陽能電池組件效率不斷提高，光熱發(fā)電技術(shù)開始規(guī)模化示范，生物質(zhì)能利用技術(shù)多元化發(fā)展;電網(wǎng)技術(shù)與信息技術(shù)融合不斷深化，電氣設(shè)備新材料技術(shù)得到廣泛應(yīng)用，部分儲能技術(shù)已實現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用。可再生能源正逐步成為新增電力的重要來源，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和運行模式都將發(fā)生重大變化。

近年來，主要能源大國均出臺了一系列法律法規(guī)和政策措施，采取行動加快能源科技創(chuàng)新。美國發(fā)布了《全面能源戰(zhàn)略》等戰(zhàn)略計劃，將“科學(xué)與能源”確立為第一戰(zhàn)略主題，提出形成從基礎(chǔ)研究到最終市場解決方案的完整能源科技創(chuàng)新鏈條，強調(diào)加快發(fā)展低碳技術(shù)，已陸續(xù)出臺了提高能效、發(fā)展太陽能、四代和小型模塊化核能等清潔電力新計劃。日本出臺了《面向2030年能源環(huán)境創(chuàng)新戰(zhàn)略》等戰(zhàn)略計劃，提出了能源保障、環(huán)境、經(jīng)濟效益和安全并舉的方針，繼續(xù)支持發(fā)展核能，推進節(jié)能和可再生能源，發(fā)展新儲能技術(shù)，發(fā)展整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)（IGCC）、整體煤氣化燃料電池循環(huán)等先進煤炭利用技術(shù)。歐盟制定了《2050 能源技術(shù)路線圖》等戰(zhàn)略計劃，突出可再生能源在能源供應(yīng)中的主體地位，提出了智能電網(wǎng)、碳捕集利用與封存（CCUS）、核聚變以及能源效率等方向的發(fā)展思路，啟動了歐洲核聚變聯(lián)合研究計劃。

縱觀全球能源技術(shù)發(fā)展動態(tài)和主要能源大國推動能源科技創(chuàng)新的舉措，可以得出以下結(jié)論和啟示：一是能源技術(shù)創(chuàng)新進入高度活躍期，新興能源技術(shù)正以前所未有的速度加快迭代，對世界能源格局和經(jīng)濟發(fā)展將產(chǎn)生重大而深遠(yuǎn)的影響。二是綠色低碳是能源技術(shù)創(chuàng)新的主要方向，集中在傳統(tǒng)化石能源清潔高效利用、新能源大規(guī)模開發(fā)利用、核能安全利用、能源互聯(lián)網(wǎng)和大規(guī)模儲能以及先進能源裝備及關(guān)鍵材料等重點領(lǐng)域。三是世界主要國家均把能源技術(shù)視為新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)革命的突破口，制定各種政策措施搶占發(fā)展制高點，增強國家競爭力和保持領(lǐng)先地位。

我國實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的關(guān)鍵在煤炭

世界碳排放主要來自化石能源消費，中國碳排放超過80%來自煤炭能源消費，因此，我國實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的關(guān)鍵在煤炭。2020年化石能源活動CO2排放量390億噸，其中CO2排放量占溫室氣體排放量的73%，化石能源消費產(chǎn)生的CO2約占排放總量的90%。對于我國，化石能源活動CO2排放量98億噸左右;煤炭消費產(chǎn)生CO2 75億噸，煤炭在化石能源產(chǎn)生CO2的占比79%;石油產(chǎn)生CO2的占比為14%，天然氣產(chǎn)生CO2的占比為7%。因此，煤炭占據(jù)我國碳排放的主體，是主要減排對象，面臨著巨大挑戰(zhàn)。

1.能源革命（能源替代）和煤炭行業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展的挑戰(zhàn)。隨著能源替代進程加快，我國嚴(yán)格控制化石能源消費，煤炭在一次能源消費中的占比顯著降低，2020年為56.8%，“十五五”時期煤炭消費總量將逐步減少。因此，煤炭行業(yè)要有危機意識，加快自身技術(shù)開發(fā)與潛力挖掘，盡快從“被能源革命的對象”變?yōu)椤白晕腋锩摺薄?/p>

2.新能源體系構(gòu)建和格局變化的挑戰(zhàn)。我國正在構(gòu)建清潔低碳安全高效能源體系，新能源得到極大的重視和投入，地位快速提升，煤炭主體能源的地位將逐步發(fā)生改變。煤炭對中國能源安全的“兜底保障”作用是中國低碳清潔安全高效能源體系構(gòu)建的重要基礎(chǔ)，如何實現(xiàn)煤炭行業(yè)的低碳清潔化轉(zhuǎn)型升級是未來需要重點考慮的事。

3.碳中和對技術(shù)變革和創(chuàng)新能力需求的挑戰(zhàn)。主要表現(xiàn)在煤炭能源轉(zhuǎn)化、燃煤少排碳或不排碳、從煤炭燃料到煤炭原料的變革性技術(shù);另外，碳中和是一場深刻的經(jīng)濟社會和發(fā)展模式系統(tǒng)性變革，對技術(shù)變革和創(chuàng)新能力的需求程度超過歷次工業(yè)革命，能否實現(xiàn)去碳不去煤、變?nèi)剂蠟樵鲜钱?dāng)前煤炭科技工作者需要深入思索的問題。

4.煤炭行業(yè)平穩(wěn)有序轉(zhuǎn)型與保持社會穩(wěn)定的挑戰(zhàn)。煤炭產(chǎn)業(yè)向富煤地區(qū)集中，煤炭資源枯竭地區(qū)或資源條件差的地區(qū)退出煤炭產(chǎn)業(yè)或產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型，需要規(guī)劃和頂層設(shè)計、政策法律、財政金融等支持。煤炭企業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展會有代價，怎樣實現(xiàn)煤炭企業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展的平穩(wěn)有序、公正合理是下一步的主要工作。

煤炭行業(yè)轉(zhuǎn)型升級方向：實現(xiàn)低碳清潔高效利用

1.煤炭行業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展的機遇。煤炭的低碳潔凈高效利用是“能源替代”的重要內(nèi)涵，壓減煤炭消費量的同時實現(xiàn)煤炭低碳清潔高效利用，成為煤炭行業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展當(dāng)前階段的重要特征;煤炭的綠色智能化生產(chǎn)成為迫切需求，煤炭生產(chǎn)全過程的減碳和生態(tài)環(huán)境保護修復(fù)將帶來煤炭開采、加工技術(shù)的變革;同時，以新型煤化工和煤基碳材料為代表的煤碳科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展，將成為煤炭低碳清潔高效利用的主要領(lǐng)域，為煤炭原料的需求帶來較大的增長空間。

2.作為“兜底”保障構(gòu)建國家新能源體系的機遇。作為中國低碳清潔安全高效能源體系構(gòu)建的重要基礎(chǔ)和中國能源安全的“兜底”保障，煤炭的低碳潔凈高效利用是中國低碳清潔安全高效能源體系的組成部分;光、風(fēng)、水、氫等新能源發(fā)展在可預(yù)見的未來需要可低碳清潔高效利用的煤，特別是相當(dāng)長的時間內(nèi)，清潔電力入網(wǎng)消納和電網(wǎng)穩(wěn)定運行需要火力發(fā)電的匹配。

3.煤炭行業(yè)升級為高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的機遇。煤炭行業(yè)低碳化發(fā)展是國家重大需求，將倒逼煤炭行業(yè)實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)升級和變革性技術(shù)創(chuàng)新;智能化、無人化、流態(tài)化、綠色化、低碳化，將成為未來煤炭高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的重要特征;煤基碳減排、礦區(qū)生態(tài)環(huán)境修復(fù)與固廢渣，將得到前所未有的重視，催生新的高科技領(lǐng)域。

煤炭低碳化技術(shù)路徑

我國需要探索實現(xiàn)煤炭低碳減排與潔凈高效利用的中國特色模式，實現(xiàn)減煤但不退煤、減碳與去碳同步，降低煤炭消費量和實施煤炭低碳潔凈高效利用的雙輪驅(qū)動，保障碳中和與能源安全“兜底”保障雙目標(biāo)相統(tǒng)一。

1.減煤但不退煤。嚴(yán)控增長和逐漸降低煤炭消費量的同時，通過煤炭低碳化技術(shù)創(chuàng)新和煤炭產(chǎn)業(yè)低碳化實現(xiàn)“用煤（碳）不排碳”，打造未來煤炭行業(yè)（低碳化轉(zhuǎn)型+高技術(shù)升級+需求決定的適度規(guī)模）。

2.減碳與去碳同步。大力實施煤炭生產(chǎn)減排、煤炭生產(chǎn)和消費節(jié)能提效減排、煤燃燒新工藝減排、燃料變原料減排（新型煤化工+煤基碳材料利用）等多路徑減碳，同時加速發(fā)展以CCUS為代表的去碳技術(shù)，通過“減碳+去碳”（燃煤電廠+CCUS、煤制氫+CCUS、煤化工+CCUS等）實現(xiàn)煤炭低碳潔凈高效利用。

3.碳中和與能源安全“兜底”保障雙目標(biāo)相統(tǒng)一。科學(xué)建設(shè)煤炭能源戰(zhàn)略儲備能力（儲備方式+儲備量+布局+配套），實現(xiàn)特殊情景下“兜底”保障有利的目標(biāo)。

CCUS是實現(xiàn)低碳清潔高效利用的關(guān)鍵技術(shù)

各類研究和預(yù)測表明，CCUS是實現(xiàn)我國低碳清潔高效利用的關(guān)鍵技術(shù)，或?qū)@著影響中國能源行業(yè)低碳化發(fā)展的進程甚至方向。同時，CCUS是實現(xiàn)煤炭低碳潔凈高效利用的關(guān)鍵技術(shù)中的關(guān)鍵。

國際上CCUS被視為實現(xiàn)凈零排放的“兜底”技術(shù)，在中國CCUS是能源行業(yè)尤其是煤炭行業(yè)低碳化發(fā)展的緊迫需求。需要中高濃度與低濃度捕集兼顧，集群式封存（含地質(zhì)利用）與分布式固碳利用相統(tǒng)籌，加快能源行業(yè)CCUS自主創(chuàng)新技術(shù)研發(fā)、實施CCUS集群規(guī)模化示范工程、實現(xiàn)CCUS超前應(yīng)用和大規(guī)模部署，勢在必行。

圍繞二氧化碳峰值目標(biāo)提供低碳能源技術(shù)支撐，我國對世界承諾，到 2030 年單位國內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放比2005 年下降 60%-65%、非化石能源占一次能源消費比重達(dá)到 20%左右、二氧化碳排放 2030 年左右達(dá)到峰值并爭取早日實現(xiàn)。這要求通過能源技術(shù)創(chuàng)新，加快構(gòu)建綠色、低碳的能源技術(shù)體系。在二氧化碳捕集利用與封存（CCUS）領(lǐng)域，要重點發(fā)展驅(qū)油、驅(qū)氣、礦化、微藻制油與化工利用等技術(shù)，包括研究 CO2低能耗、大規(guī)模捕集利用技術(shù)，研究CO2驅(qū)油利用與封存技術(shù)、CO2驅(qū)煤層氣與封存技術(shù)、CO2驅(qū)水利用與封存技術(shù)、CO2礦化發(fā)電技術(shù)、CO2化學(xué)轉(zhuǎn)化利用技術(shù)、CO2生物轉(zhuǎn)化利用技術(shù)，研究 CO2礦物轉(zhuǎn)化、固定和利用技術(shù)，研究 CO2安全可靠封存、監(jiān)測及運輸技術(shù)，建設(shè)百萬噸級CO2捕集利用和封存系統(tǒng)示范工程，全流量的CCUS系統(tǒng)在電力、煤炭、化工、礦物加工等系統(tǒng)獲得覆蓋性、常規(guī)性應(yīng)用，實現(xiàn)CO2的可靠性封存、監(jiān)測及長距離安全運輸?shù)取?/p>

在“雙碳”目標(biāo)下，我國未來10年內(nèi)的CCUS技術(shù)攻關(guān)目標(biāo)是：構(gòu)建低成本、低能耗、安全可靠的 CCUS 技術(shù)體系和產(chǎn)業(yè)集群，努力實現(xiàn) CCUS 各個環(huán)節(jié)技術(shù)的均衡發(fā)展，盡快進入大規(guī)模推廣應(yīng)用商業(yè)化階段，為化石能源低碳化利用提供技術(shù)選擇。