推動CCUS全流程技術大規模示范與商業化應用

王秋蓉

碳捕集利用與封存（CCUS）技術是實現碳中和目標不可或缺的重要技術選擇。3月4日，粵港澳大灣區首個“雙碳”概念的示范工程、全國印染行業首個捕集與固化使用于一體的碳捕獲、利用與封存示范項目在佛山佳利達環?？萍脊煞萦邢薰鹃_工。該項目是國內首個印染工業園區CCUS項目、粵港澳大灣區首個“雙碳”概念的示范工程，計劃于2022年底基本完成并投入試運行，將為行業開展CCUS應用、助力“雙碳”目標的實現發揮示范引領作用。我國“雙碳”目標提出以來，CCUS技術應用得到了空前重視，各行業企業如何抓住機遇，超前部署，利用CCUS技術助力碳減排，成為當前關注的焦點之一。近日，本刊記者專訪了該項目的技術工藝包負責人、國內CCUS全流程技術的知名專家、中國礦業大學研究員陸詩建，就CCUS的工業示范價值與商業化應用前景等相關問題進行了深入了解。

Q：可持續發展經濟導刊

A：陸詩建

推進CCUS技術在高排放行業的實施

Q：在您看來，粵港澳大灣區首個“雙碳”概念的示范工程、國內印染紡織行業首個集捕集與固碳使用于一體的碳捕獲、利用與封存示范項目，其價值和意義是什么？此舉對于推廣CCUS在印染行業的應用有何啟示？

A：目前我國印染紡織業產品單位綜合能耗與國際先進水平相比仍存在較大的差距，尚未完全擺脫高能耗、高排放的現狀。就單個印染紡織企業而言，其耗能、排污都構不成多大的環境問題，但由于整個行業的容量大、制造過程長，就形成了行業總體資源消耗多、污染排放大的現象。

從行業的水耗、能耗來看，它們分別占全國工業總能耗的8.5%、4.4%。同時，印染紡織行業是輕工業中能源消耗較大的產業之一，約占輕工業能源消耗量的1/3。有資料顯示，我國印染紡織企業在生產環節的全過程能耗大致為4.84 噸標煤/噸纖維，其中織造工藝能耗大約為0.95 噸標煤/噸纖維，印染工藝能耗平均為2.84 噸標煤/噸纖維。在中國的低碳經濟快速發展與全球綠色經濟競爭白熱化的當前，印染紡織行業面臨巨大的考驗，尤其在世界各國紛紛實行“碳關稅”的情況下，印染紡織行業低碳化更是任務艱巨。

由于新冠肺炎疫情的出現，醫療衛生用印染紡織品呈現爆發式增長;而產業用印染紡織品發展迅速，與近年來人民生活的水平提高息息相關。但我們應該清醒地認識到，目前印染紡織行業仍處于技術設備落后、低碳產品質量標準缺乏、能耗高、碳排量大的現況，面對國家“碳考”，國內印染行業需要盡快探索適合行業特點的減排路徑。佛山佳利達環?？萍脊煞萦邢薰窘ㄔO了國內首個印染紡織行業CCUS全流程固碳工程，通過對印染廠供電供熱的自備電廠排放煙氣的碳捕集、提純與碳銨固碳，實現工藝路徑中重要排放源的碳減排，將為行業的低碳轉型提供寶貴的技術路徑和經驗借鑒，可有力推進碳減排技術在國內印染紡織行業的實施。

Q：近年來，您牽頭負責和參與了多個國內CCUS示范工程，請您介紹一下我國CCUS工業示范總體情況。

A：中國在煤基燃料CO2捕集利用與封存方面已經開展了近20年的研究工作，建設了10余套CCUS工程示范，為工業源碳減排打下了扎實的基礎。但目前仍存在能耗高、損耗高的技術瓶頸，低成本、產業化的CCUS技術亟待突破。開展CCUS全流程（CO2捕集、運輸、利用與地質封存）重大技術創新，開展大規模產業化CCUS技術示范應用，是工業煙氣/尾氣等大宗排放源碳減排的重要技術支撐，可為國家碳中和目標的實現提供重要支撐，對于服務國家“雙碳”戰略和經濟社會可持續發意義重大。

Q：國內已有的 CCUS 示范項目行業分布不均衡，多數應用于電力、化工行業，沒有長期穩定運行的水泥、鋼鐵行業大規模一體化示范項目。您認為CCUS在其他行業的示范應用存在的挑戰和阻力主要是什么？

A：在除電力、化工以外行業進行CCUS示范應用的阻力是多方面的。一是經驗較少，國內水泥、鋼鐵等大宗排放源行業的CCUS技術示范剛剛起步。二是成本較高，CCUS技術包括捕集、運輸、利用與封存四個環節，各工藝環節均存在公用工程消耗，目前需要通過技術進步、能量綜合利用實現能耗、消耗的降低，進而降低成本。三是CCUS項目投資較高，中小規模碳捕集項目投資約1000萬元/年萬噸CO2減排，雖然隨著規模增大，單位投資成本下降，但總投資仍會不斷上升。四是國家的指導政策還有待加強。

企業是CCUS技術推廣應用與產業化的主力軍

Q：在“雙碳”背景下，我國需要大力推動CCUS產業鏈示范，您對此有哪些建議？

A：2022全國政府工作報告提出，推進鋼鐵、有色、石化、化工、建材等行業節能降碳，堅決遏制高耗能、高排放、低水平項目盲目發展，推動能耗“雙控”向碳排放總量和強度“雙控”轉變，完善減污降碳激勵約束政策，發展綠色金融，加快形成綠色低碳生產生活方式。

在能控向碳控轉變的國內大環境下，CCUS面臨較好的發展機遇。我個人的建議是：加快各主要工業源CCUS產業鏈技術研發，盡快構建低成本、低能耗、安全可靠的CCUS 技術體系和產業集群，努力實現 CCUS 各個環節技術的均衡發展，盡快進入大規模推廣應用和商業化階段，為化石能源低碳化利用提供技術選擇;同時，考慮各行業同步發展，區域均衡發展，地面與地下技術研發與工程示范同步推進。

在技術層面，研發低能耗、低消耗、大規模CO2捕集技術，發展地面/地下礦化、化工利用、驅油、驅氣、驅水、微藻制油等技術，研究CO2安全可靠封存、長周期監測及遠距離運輸技術，加強源匯匹配分析、碳捕集與主體工業系統的能量耦合優化，建設大規模百萬噸級CO2捕集利用和封存系統示范工程，實現CCUS系統在煤炭加工、電力、鋼鐵、水泥等大宗工業排放源系統得到覆蓋性、常規性應用。

Q：CCUS商業化一直面臨高成本、高能耗的挑戰，門檻很高，距離大規模應用還存在很大的挑戰。您認為如何應對這些挑戰、加快我國CCUS商業化應用步伐？

A：結合這些年的示范實踐，我個人建議從三個方面推進我國CCUS技術成果推廣應用。一是加強技術研發，降低成本和能耗。CCUS項目的主要成本與能耗在碳捕集環節，通過新一代高碳容、低能耗的相變吸收劑、催化吸收劑、納米流體體系等捕集吸收劑與耐磨損的有機胺負載吸附劑、鈣基、鈉基等功能化吸附材料研發，配套多梯級熱能利用技術，研制大通量、高傳質效率反應器，減少吸收劑逃逸與損耗，可有效降低碳捕集環節的運行成本與能耗;管道輸送方面，需要在大規模CO2管道輸送技術方面開展攻關研究工作，實現不同場景下CO2經濟輸送模式選擇和風險控制，達到低成本、安全、高效輸送的目標;地質利用與封存方面，亟待突破高效驅油、礦化、驅氣、地熱能利用技術以及安全性評估與監測預警技術;化工與生物利用技術則需要重點攻關低成本高轉化率礦化轉化、化工轉化等技術。

二是建立健全 CCUS 法規和標準體系。國內CCUS 項目在實踐過程中面臨所有權不明確、管轄部門及審批程序不明確、相關技術規范缺乏等亟待解決的問題，需要制定明晰、完善的CCUS 法律法規，減少利益相關方各種顧慮，確保 CCUS 項目穩步開展;嚴格、清晰地界定 CCUS 項目邊界，防止 CCUS 概念泛化;基于標準體系，實施 CCUS 從選址到減排量的第三方核查。

三是出臺鼓勵和補貼政策，探索市場化激勵機制，完善商業和投融資環境。CCUS 技術的發展需要解決商業化應用之前的巨額研發資金投入的問題。建議出臺政策實施經濟鼓勵和補貼;探索市場化激勵政策，開通銀行貸款綠色通道，引進社會資本，推進 CCUS 納入中國碳排放權交易體系等;政府應加強基礎設施建設，包括建設CO2運輸管網等，降低CCUS運營商的成本;設計合理的投融資機制和政策，克服 CCUS 投資與運行成本高的障礙。

Q：面對CCUS高投入和長遠效益，您對于企業在決策和布局CCUS技術研發與示范工程有哪些建議？

A：企業是現代社會的基本細胞，是市場經濟的主體，也是CCUS技術推廣應用與產業化的主力軍。在思考和布局CCUS技術研發與示范工程過程中，不要僅僅局限于當前的投入和回報率，更要放眼長遠，從國家政策和未來規劃入手，開展CCUS技術戰略儲備，著眼于低成本CO2捕集技術創新、CCUS全流程技術攻關，真正突破當前CCUS的高成本、高消耗的“卡脖子”技術難題，推動CCUS大規模商業化應用。我堅持認為，機會是留給有準備的人，當CCUS的鼓勵政策或碳稅制度出來時，只有提前布局的企業，才能夠真正站立潮頭，引領低碳經濟發展。

中國CCUS技術與國外處于并跑階段

Q：與全球CCUS項目情況相比，目前我國CCUS示范項目處于什么水平？

A：目前國內外煙氣CO2捕集利用與封存技術在國內仍不同程度地處于實驗室研究和工業示范階段，對于大規模燃煤CO2捕集與封存工程（規模≥100萬噸/年），國內尚沒有工業運行的先例，國外僅有2例，分別為加拿大邊界壩電廠100萬噸/年CO2捕集與驅油封存工程、美國佩特拉諾瓦項目（Petra Nova） 140萬噸/年CO2捕集與驅油封存項目。

雖然中國已具備開展百萬噸級CCUS示范工程的技術儲備與能力，計劃于2025年建成多個CCUS工業示范項目并具備工程化能力。但目前中國CCUS技術發展階段距離大規模的商用仍然有較大差距，僅有一小部分技術進入到了示范環節，并未實現完整的全流程項目示范和集群化規模部署，缺少相關的項目經驗。

綜合對比國內外CO2捕集工程技術與已建示范工程，從技術研發層面，國內技術與國外處于并跑階段，但是大規模CO2捕集工程技術研究較少;從工程示范與應用層面，國內外均建立了燃燒后CO2捕集工程，但國內工業級示范較少，無百萬噸級大規模示范;從運行實踐層面，國內燃燒后捕集工程運行時間普遍較短;吸收劑、節能技術、工藝裝備仍有較大提升空間。

Q：面對這些差距，我國推動CCUS大規模發展，有哪些國際經驗可以借鑒？

A：正如剛剛所講，中國CCUS技術與國外處于并跑階段，但是規模較小。大規模CCUS項目推廣應用需要重點攻關碳捕集工程大型化經驗不足，CO2捕集高消耗、高能耗，管道安全輸送要求高以及CO2地質封存的有效性、安全性、經濟性的技術瓶頸等難題。未來20年，低成本、商業化、集群化規模部署是CCUS發展趨勢，也是國家急迫的重大需求。

根據我國CCUS發展現狀，結合我國“雙碳”目標需求，在借鑒發達國家相關經驗的基礎上應加快推動我國大規模CCUS技術的攻關研究。首先，國內外CO2捕集工程運行實踐表明，能耗的降低對大規模CO2捕集至關重要，需開展節能優化、節水優化工作;其次，特大型塔器塔型選擇、內構件結構優化、穩定性、氣液分布均勻性、傳質傳熱性能需開展研究工作;第三，隨著捕集規模的增大，胺液的逃逸成為重要的成本因素，需要通過逃逸的控制降低損耗和運行成本。

CO2管道輸送方面，結合國家碳達峰、碳中和的發展思路，未來管網將成為CO2輸送的基礎設施，成為源匯匹配的紐帶。中國CO2的輸送以陸路低溫儲罐運輸為主，在長距離、高壓、低溫和超臨界CO2運輸方面的研究取得了一些成果，但是尚無大輸量、長距離的CO2輸送管道。當前中國國內僅有3條CO2氣相輸送管道，最大輸量為50萬噸/年，輸送距離為52km;而國外正在運行的CO2管道超過50條，管道長度超過7200km，總輸量達到6.8×108噸/年，已建管道中近80%采用超臨界輸送工藝，管道設計壓力10～15MPa，單管最大設計年輸量達2000萬噸，最大設計管徑DN750。中國需要在大規模CO2管道輸送技術方面開展攻關研究工作，實現不同場景下CO2經濟輸送模式選擇和風險控制，達到低成本、安全、高效輸送的目標。

地質封存與利用方面，目前比較成熟的技術主要有CO2-EOR、咸水層封存和海洋封存等，世界范圍內開展的相關研究眾多，在理論和工程實踐上都取得了較多成果。總體來看，中國諸多CCUS示范項目的CO2地質封存利用非常有限。國外目前已經實施的CCUS項目中，單體最大的CCUS項目年封存能力高達每年400萬噸CO2，而中國單體最大的CCUS項目是中國石油吉林油田的CO2-EOR示范項目，年CO2注入量30萬噸，CO2封存利用能力等較歐美國家仍有較大差距。

技術層面，中國地質條件的復雜性，如咸水層以陸相為主、陸相沉積儲層非均質性強、混相壓力高、煤層滲透率較低等，造成大封存容量、高安全性的CO2封存場地選擇難度大，對注入技術的要求高，加之目前對于注入的CO2監測能力較弱，存在泄露的風險，故而CO2高效地質封存技術，高效驅油、驅氣、地熱能利用技術以及CCUS整體安全性評估與監測預警技術亟待突破。