二氧化碳捕集及封存應用現狀

石進忠

【摘要】二氧化碳排放控制技術是推動碳達峰、碳中和、構建全人類生態文明共同體的重要支撐之一。本文以工業能源過程中的碳捕集與封存技術為重點，整合該技術在科技和工業應用領域的智能信息，分析其發展現狀和趨勢。從國際發展布局來看，中美是碳捕集與封存技術創新與應用的主要國家。并逐漸發展出行業內最流行的碳足跡、碳捕集與封存技術。碳捕集與封存技術經歷了引入期、成長期、成熟期和穩定期。迎來了第二輪快速增長階段。碳捕集與封存技術的研究可為優化產業能源結構和向綠色低碳轉型提供一定參考。

【關鍵詞】石油化工;能源利用;二氧化碳;碳捕獲和儲存

0 前言

隨著全球資源開發利用的深入和掠奪性發展，能源短缺、生態失衡、氣候變暖等問題日益突出。人類必須對生產和生活方式作出必要的改變。截至2021年，全球已有120多個國家制定了碳中和目標或發展路線圖，低碳技術已成為全球科技強國的重點部署領域。我國經濟轉型升級和能源結構調整面臨巨大壓力。碳中和將改變傳統的低效率污染發展模式，構建綠色、低碳、循環的可持續發展模式，為能源結構轉型和經濟高質量發展提供動力。實施碳中和要綜合考慮我國宏觀經濟增長、產業結構升級、碳排放空間等關鍵因素。

在整個工業能源消耗的過程中，低碳技術一直在逐步鋪墊。碳減排裝置或設備、碳回收與捕集工藝、碳檢測與吸收方法、碳儲存與中和技術的發展已有數十年的歷史，但尚未達到綜合中和的水平，綠色主導的相關技術仍需深度創新和孵化。本文以工業能源過程中的碳捕集與封存技術為重點，綜合該技術在科學、技術、應用等領域的信息，并對其研究發展進行綜述。

1 技術發展綜合評價

1.1 技術發展格局

工業領域碳捕集與封存技術的發展受政策、環境發展和資源分布實時變化的影響，呈現不同階段。對技術生命周期進行定量分析的方法可以有效呈現其發展趨勢，可靠地預測技術未來的發展趨勢碳捕集與封存技術產業領域萌芽于1970年代，其發展始于2002年。2002-2006年間，技術公開的情況零星出現，標志著該技術的興起，但該階段的整體技術創新活動相對不景氣，是該技術的引進期;2006 年至 2010 年技術數量的快速增長是該技術出現的主要原因。成長期：2010年至2015年，該技術總量已達到1000余項量級，且逐年增長略有放緩，呈現平穩增長態勢，這是該技術的成熟期。由于技術信息披露滯后，2019年以后的數據沒有參考價值，但從技術路線和技術趨勢線的整體走勢來看，未來仍有較大增長。同時，隨著2020年我國和世界對環境技術和碳排放相關技術的重視，以及大量低碳政策的出臺，碳捕集與封存技術或將迎來新一波增長。

在減排、降本增效方面，技術的創新程度相對活躍。在時間維度上，可以從漸進的發展趨勢判斷技術發展的階段;在空間維度上，可以從技術起源的國家和地區判斷技術的目標市場和行業定位。碳捕集與封存技術的生產國仍主要分布在世界發達國家。中國是最大的碳捕集和封存技術生產國。中國參與了上述各個技術點的布局，而美國的技術布局主要集中在流化床技術、富氫氣體和廢氣流動技術、燃料技術。其中，富氫氣體和廢氣流動技術尤為重要。加拿大、日本、韓國、瑞士、德國、芬蘭作為技術輸出的二線國家，與中美相比，在技術上的儲備相對較弱。

1.2 技術發展路線分析

通過對碳捕集與封存技術整體發展情況的綜合分析，可以看出該技術的發展呈現出逐步深化和細化的趨勢。碳捕集與封存技術的發展脈絡是：通過減排裝置減少碳排放（設備和設備的優化）→通過生物方法（涉及動植物干預的方法）實現碳排放消耗/轉化→通過燃燒和燃料加工實現技術 碳減排（燃料加工和燃燒過程）→通過碳排放成分的再合成/利用（回收）→通過碳排放量化/控制過程→通過碳足跡追蹤捕捉技術收集→通過碳儲存技術（儲存）。

通過對碳捕集與封存技術標志性技術發展路線的分析，可以看出，碳捕集與封存技術的整體發展正朝著專業化、精細化、廣泛應用的方向發展，走出一條越來越清晰度技術路線。碳排放相關技術的研發已經開始;1980年代，澳大利亞通過燃燒和燃料加工技術實現了碳減排，這是一個十分重要的標志，代表著二氧化碳捕集技術取得了初步的成果。此后幾十年，與燃料和燃燒相關的碳減排技術非常活躍;1990年代，加拿大開發了碳排放成分的再合成/利用技術，通過碳回收和二次循環實現碳減排。同時，碳排放量化/控制技術也逐漸發展起來，碳排放的精準控制技術有賴于先進測控技術的大力發展。排放的標準化和量化也促進了對生物化工、煤化工、煉油等產業鏈下游碳排放的認識提高到一個新的水平。

20世紀末，美國學者正式提出了“碳捕獲”的定義，在美國科技界引起了軒然大波。為應對碳捕集相關技術研發熱潮，碳足跡追蹤捕集技術以專有名詞的形式多次被提出，并得到迅速發展，二氧化碳捕集開始成為學術界和能源界的焦點，各國在改領域均有一定的布局，各主要的科研機構對于二氧化碳捕集的研究數量也逐漸增多。2014年，碳儲存技術正式問世，這是低碳技術發展的重要里程碑。具有先進設備和技術的碳組分儲存技術逐步完善并得到廣泛應用。

2結論

本文以工業能源過程中的碳捕集與封存技術為重點，整合科技與工業應用領域的技術文獻資料，通過分析總結碳捕集與封存技術的研究與發展可以得知，中美是碳捕集與封存技術創新與應用的主要國家。可見，碳捕集與封存技術的整體發展正在朝著專業化、精細化、廣泛應用的方向發展。

參考文獻：

[1] 馬務. 燃煤電廠CO2捕集與封存技術分析[J]. 科技資訊， 2019， 17（1）：4.

[2] 劉佳佳， 趙東亞. CO2捕集、運輸、驅油與封存全流程不確定性優化研究[J]. 石油工程建設， 2019， 045（004）：20-24，29.

[3] 王建行， 趙穎穎， 李佳慧，等. 二氧化碳的捕集，固定與利用的研究進展[J]. 無機鹽工業， 2020， 52（4）：6.