“雙碳”愿景下碳捕集利用與封存產業高質量發展的思考

許俊鋒，侯建軍

(1.中國華能北方聯合電力有限責任公司 安監部，內蒙古 呼和浩特 010010； 2. 中國華能北方聯合電力有限責任公司 包頭第三熱電廠，內蒙古 包頭 014010)

習近平主席向世界宣布“中國二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取在2060年前實現碳中和”，充分展示了我國堅持綠色低碳發展、積極應對氣候變化的堅定決心和大國擔當。“雙碳”愿景是推進我國經濟社會發展動力轉換的重要引擎，是一場廣泛而深刻的經濟社會系統性變革，為我國能源轉型發展指明了新的努力方向，也對低碳技術發展提出了新的更高要求[1]。

碳捕集利用與封存(Carbon Capture, Utilization and Storage，簡稱CCUS)是指將二氧化碳從排放源中分離并加以利用或封存，以實現二氧化碳減排的技術過程。“雙碳”愿景下，我國能源結構將發生根本性轉變，但仍然難以完全擺脫化石能源使用。實現化石能源低碳排放，CCUS將扮演重要角色。CCUS是我國實現2060年碳中和目標技術組合的重要構成部分。高質量發展CCUS，對推動碳循環產業經濟健康可持續發展，對構建以新能源為主體的現代能源體系，保障我國能源安全、實現碳中和目標具有重要意義[2-3]。

1 “雙碳”愿景下CCUS定位及貢獻

1.1 CCUS是國家應對氣候變化的重大戰略需求

氣候變化是全球面臨的重大挑戰，是深刻影響各國經濟社會發展和生態環境的重大全球性問題。政府間氣候變化專門委員會第五次特別評估報告認為“如果沒有CCUS，絕大多數氣候模式都不能實現減排目標。更為關鍵的是，沒有CCUS，減排成本將會成倍增加，估計增幅平均高達138%”。國際能源署指出：“2070年全球要實現二氧化碳近零排放，CCUS將貢獻約19%的碳減排量”。我國是全球最大的二氧化碳排放國，要實現2060年碳中和目標，將比歐美國家面臨更大挑戰，碳達峰到碳中和的時間遠短于美國與歐盟。

應對氣候變化事關國內、國際兩個大局，事關發展的全局和長遠。我國將氣候變化列為關乎生存發展權和子孫后代福祉的非傳統國家安全問題。《中國應對氣候變化國家方案》《中國應對氣候變化科技專項行動》《國家中長期科學和技術發展規劃綱要》等均將碳捕集利用與封存列為應對氣候變化重大技術路線。2021年9月，中共中央，國務院發布《關于完整準確全面貫徹新發展理念做好碳達峰碳中和工作的意見》，明確提出：“推進規模化碳捕集利用與封存技術研發、示范和產業化應用”。

1.2 CCUS是未來存量化石能源零碳排放的重要途徑

按照“雙碳”愿景，預計2060年我國能源轉型將實現“70/80/90”目標，即電能消費比重超過70%，非化石能源消費比重超過80%，清潔能源發電量比重超過90%。但我國未來仍然難以完全擺脫化石能源使用，化石能源將占我國能源消費比例的10%～15%。實現該部分化石能源零碳排放，CCUS將發揮不可替代的重要作用，并提供可觀的減排貢獻。據預測，未來我國CCUS可提供的二氧化碳減排貢獻為11億 t～27億 t，其中對電力系統的減排貢獻為4.3億 t～16.4億 t。此外，CCUS是鋼鐵、水泥等難以減排行業深度脫碳的可行技術方案。國際能源署認為，對于難減排行業而言，到2070年，CCUS減排貢獻量將占鋼鐵行業總排放量的25%，占水泥行業總排放量的61%。

1.3 CCUS是保持電力系統靈活性和安全性的重要手段

“雙碳”愿景下，能源系統將發生深刻轉型變革，未來將構建以新能源為主體的“清潔低碳、安全高效”的現代能源體系。電力系統需要大幅提高非化石電力比例，但短期內迅速提升非化石電力占比、高比例大規模接入可再生能源電能，將顯著增大電力系統供給端和消費端的不確定性，影響電力系統的安全穩定。配備了CCUS的火電是未來保障電網靈活性的重要手段，可以推動電力系統凈零排放，提供穩定清潔電力，平衡可再生能源發電的波動性，在避免季節性或長期性的電力短缺方面發揮慣性支撐和頻率控制等重要作用。與新能源耦合的負碳排放技術也是實現碳中和目標的托底技術保障[4]。

2 國內外碳捕集利用與封存產業發展現狀

CCUS包括捕集、利用和封存三大環節。二氧化碳捕集主要包括燃燒后捕集、燃燒前捕集以及富氧燃燒捕集三類；二氧化碳資源化利用主要包括驅油、化工利用、驅替煤層氣、礦化利用、生物利用等；二氧化碳地質封存主要包括陸上咸水層封存、海底咸水層封存、枯竭油氣田封存等。

2.1 我國CCUS技術取得顯著進展

我國CCUS技術整體發展水平與國外相當。近年來，我國加大對CCUS技術的研發力度，在多個技術環節取得了顯著進展，具備了工業化應用能力，且部分技術已實現商業化應用，初步具備大規模產業示范條件和產業發展基礎。其中，華能上海石洞口二廠12萬 t/a碳捕集裝置已穩定運行10余年，是國際上運行時間最長的燃煤電廠碳捕集裝置，積累了大量的工程建設和運行經驗。整體而言，我國CCUS成本處于全球低位水平，部分技術具有領先優勢，但集成的關鍵技術尚存在一定差距。

我國CCUS技術創新和工程示范成果豐碩。目前，我國已建成約35個CCUS示范項目，捕集能力超過300萬 t/a，其中包括多個萬噸級二氧化碳捕集裝置、兩個10萬 t級燃煤電廠二氧化碳捕集裝置、6個5萬 t～20萬 t級驅油封存示范和一個10萬 t級陸上咸水層二氧化碳封存示范項目。我國二氧化碳捕集源主要集中在煤化工、化肥生產、電力和水泥生產等行業。運輸方式已罐車為主，地質封存以咸水層封存為主。二氧化碳利用涉及驅油、驅煤層氣等地質利用、礦化利用、合成可降解聚合物等化工利用以及微藻固定等生物利用方式。

我國CCUS技術開始逐步走向國際市場。中國華能是我國最早開展CCUS技術研發和工程示范的單位之一，創立了具有完全自主知識產權的二氧化碳捕集理論和成套技術體系，具備了基于國際標準的碳捕集工程設計能力，并牽頭啟動了我國首個二氧化碳捕集技術領域國際標準的制定工作。澳大利亞蘇拉特盆地11萬 t/a碳捕集旗艦項目，全部采用華能二氧化碳捕集技術進行設計和建造，實現了我國自主知識產權二氧化碳捕集技術首次整體落地發達國家。

2.2 國外CCUS產業逐步走向成熟

國外CCUS技術推廣成效顯著，產業逐步成熟，主要表現為政府支持結合私有投資開展CCUS技術研發和百萬噸級大規模工程示范，其中加拿大和美國處于領導地位。2014年10月，世界首個燃煤電廠100萬 t/a二氧化碳捕集項目——加拿大SaskPower公司邊界大壩項目正式投運，電廠碳排放指標由1 100 g/kW·h降至120 g/kW·h，常規污染物達到超凈排放。2017年1月，美國佩特拉·諾瓦(Petra Nova)項目正式運行，建設耗資超過10億美元，年捕集二氧化碳140萬 t，并輸送到100 km外的老油田West Ranch進行驅油。截至2020年底，全球共65個大型一體化CCS項目，其中商業運行階段26個，二氧化碳減排規模4 500萬 t，在建或開發階段37個，暫停運行階段2個。美國擁有14個處于商業運行階段的大型CCUS項目，每年捕集二氧化碳超過2 500萬t。

3 碳捕集利用與封存產業發展中面臨的挑戰

CCUS總體處于研發和示范的初級階段，面臨著技術、經濟、市場和政策等諸多方面的制約，要實現產業化發展還存在很多阻力和挑戰。

3.1 CCUS全流程技術鏈及協同機制尚未成熟

碳捕集利用與封存各環節技術發展不平衡不充分。CCUS各環節發展情況和技術成熟度差別較大，技術成本相對較高，各環節技術標準體系還不健全，距離規模化、全流程產業化應用仍存在較大差距，特別是封存和利用環節，對規模化、全流程產業示范應用的支撐能力明顯不足。

捕集的二氧化碳無法有效消納，市場規模亟待挖掘。二氧化碳地質封存的有效性、安全性和可靠性尚需長周期驗證。二氧化碳輸送管道等基礎設施薄弱，無法支撐大規模二氧化碳運輸需求。使用二氧化碳驅油可有效提高油田產量，是目前公認的二氧化碳最重要的利用和封存途徑，但發電企業和石油企業之間尚未構建有效的碳捕集、驅油與封存協同合作機制。總體而言，我國面向碳中和的CCUS技術體系和制度體系尚未成熟，戰略發展及應用尚存在缺口，還不適應碳中和愿景的實際需求。

3.2 我國CCUS工程規模與國外存在較大差距

我國CCUS面臨高能耗、高成本的現實挑戰。對我國電價水平而言，部署CCUS后，電廠發電成本將較大幅度增加。以華能(天津)煤氣化發電有限公司為例，使用CCUS后每千瓦時的發電能耗增加14%～25%。CCUS包括捕集、輸送與封存等多個環節，一般全部運行成本350元/t～400元/t，減排成本較高。

我國CCUS在工程應用規模上與國外差距較大。美國佩特拉·諾瓦項目捕集規模達140萬t/a，我國僅有兩個10萬t級燃煤電廠二氧化碳碳捕集工程，尚未實際開展百萬噸級CCUS全流程示范工程，在電廠大規模系統集成改造和全流程工程示范方面缺乏經驗。2007年—2019年，我國實際封存二氧化碳僅200萬 t，并且二氧化碳利用受限、規模較小，相比百億噸級的排放規模，CCUS減排潛力尚未得到釋放。

3.3 CCUS產業發展缺乏有效制度體系

CCUS產業政策支持和資金投入不足。雖然CCUS已得到社會廣泛關注，但每年CCUS投資在全球清潔能源和能效技術投資中占比低于0.5%，未在碳減排過程中發揮其應有的作用。美國45Q法案給予應用CCUS技術的企業每噸二氧化碳35美元～50美元的稅收減免。在45Q法案激勵下，2020年全球新增的17個大型CCUS項目中，有12個位于美國。

我國出臺了多項政策支持CCUS發展，但主要以宏觀引導和政策鼓勵為主，統一規劃部署不足，CCUS在能源體系中的定位尚不明晰，支持與補貼標準尚未明確，尚未形成實質有效的激勵措施。大規模CCUS工程的選址、設計、建設、運行、地質封存場地的評估和監管等方面缺乏相應的法律法規和標準體系。CCUS投融資渠道較為單一，市場主體作用未充分發揮，呈現出來源少、總量小、渠道窄等特征，投資缺口巨大。

4 CCUS高質量發展的支撐保障措施

“雙碳”愿景下，CCUS發展將進入快軌道，需要盡快制定有效的支撐保障措施，以促進CCUS高質量發展，發揮更大的減排作用，助力實現碳達峰碳中和國家戰略。

4.1 加強CCUS關鍵核心技術攻關

創新是引領發展的第一動力。推進科研院所、高校、企業優化配置和資源共享，設置完善的協調溝通機制，開展多學科、多領域協同攻關，組建體系化、任務型創新體系，推動關鍵技術突破和裝備國產化。針對碳捕集、運輸、利用、封存及監測等各個環節開展關鍵技術攻關，形成完整的技術鏈，超前部署新一代低成本、低能耗CCUS技術和裝備研發，避免火電廠被第一代CCUS技術大面積鎖定；發展與新能源耦合的負碳排放技術，驅動技術成本顯著下降。

4.2 推動CCUS大規模全流程示范

加強CCUS產業商業化推廣的頂層設計，支持企業開展大規模、全流程集成示范工程，加速二氧化碳輸送管道等CCUS基礎設施建設，引導電力和石油等行業之間形成有效的協同合作機制，推進建設百萬噸級CCUS全流程示范項目。構建我國低成本、低能耗、安全可靠的CCUS產業集群，加強跨行業、跨領域的二氧化碳綜合利用，建立健全多層次綠色低碳循環發展的經濟體系，大力發展碳循環經濟。

4.3 完善CCUS創新風險疏解機制

建立CCUS重大示范工程全生命周期成本分攤機制，在資本金投入、利率補貼、稅收減免、電量電價傾斜等方面給予支持，使示范工程具有一定的收益率；同時，對示范項目后期推廣給予優惠條件，引導更多企業主動示范有前景但資金投入高且有風險的重大技術，加快科技創新和科技成果工程轉化。

4.4 構建CCUS政策法律法規體系

持續完善CCUS系統配套支持體系，制定適合我國國情的CCUS相關激勵政策。將配備CCUS的電廠定義為清潔能源，給予稅收優惠、成本補貼或增加發電配額，并制定相應的量化標準。將CCUS納入全國碳交易市場，制定CCUS減排定價機制，制定電力和石油等關聯行業間的收益分配機制。制定CCUS法律法規和標準體系，協調和規范CCUS相關利益方訴求，提供管控依據和保障。

4.5 發揮綠色金融投融資支撐作用

靈活運用金融市場投融資和碳交易等市場工具。結合國家統一碳市場建設、綠色金融體系構建等工作，整含碳資產，靈活運用各類政策和金融交易工具，以良性機制實現碳減排交易和綠色減排技術應用協同推進。加強金融市場對CCUS產業的資金支持，鼓勵多元化投資，拓寬CCUS投資主體，降低投資門檻，擴大融資渠道，推動形成投融資增加、成本持續降低的良性循環，以市場化手段助推技術不斷優化完善和迭代升級，CCUS產業高質量發展。

4.6 加強國際合作及參與全球治理

積極參與國際能源署、政府間氣候變化委員會等多邊機制，積極借助我國推動的“一帶一路”倡議，雙邊合作機制以及其他能源治理平臺，深入開展經驗交流，加強技術合作，提升我國CCUS技術和產業水平。廣泛深入地參與CCUS國際標準制定，提升我國在CCUS領域話語權和影響力，助力我國CCUS技術參與國際市場競爭。加強與國際金融組織合作，為國際國內項目建設提供融資保障，拓寬融資渠道[5]。

5 結束語

“碳達峰碳中和”是一項系統工程，是黨中央統籌國際國內兩個大局作出的重大戰略決策，事關中華民族永續發展和構建人類命運共同體。碳捕集利用與封存是我國實現2060年碳中和目標技術組合的重要構成部分。

我國碳捕集利用與封存總體處于研發和示范的初級階段，產業發展尚不成熟，面臨著技術鏈及協同機制尚未成熟、工程應用與國外存在較大差距、產業發展缺乏有效激勵政策等方面的挑戰。需要從加強關鍵核心技術攻關、推動大規模全流程示范、完善創新風險疏解機制、構建政策法律法規體系、發揮綠色金融投融資支撐作用、加強國際合作及參與全球治理等方面，盡快制定有效的支撐保障措施，促進碳捕集利用與封存產業高質量發展，助力實現“雙碳”愿景。