随着全球气候变暖，如何有效解决的二氧化碳排放问题成为全球关注的焦点。

我国是世界最大的二氧化碳排放国，排放量占全球比重接近30%，也是世界最大的高碳化石能源消费国，煤炭占全球消费比重超过50%。在我国能源结构以煤为主的现实情况下，碳捕集、利用与封存（Carbon Capture Utilization and Storage, CCUS）技术作为具备实现大规模温室气体减排和化石能源低碳利用的协同作用的负排放技术，受到广泛关注。

CCUS被世界公认为是最具潜力、最具实效的减排手段之一，不仅是钢铁、水泥等难以减排行业低碳转型的可行技术选择，也是新建燃煤发电厂碳排放的重要清洁技术路线，对我国中长期应对气候变化、推进低碳发展、保障能源电力安全具有重要意义，是未来中国实现“3060”目标的重要手段。

我国自2006年开始出台CCUS相关政策，有效推动了CCUS技术和产业发展。2021年10月24日，国务院印发《2030年前碳达峰行动方案》，将CCUS技术列为绿色低碳科技创新行动之一，提出开展低成本CCUS技术创新，建设全流程、集成化、规模化CCUS示范项目。

6月1日，中共中央总书记、国家主席、中央军委主席习近平在《求是》上发表的文章《努力建设人与自然和谐共生的现代化》中指出，要解决好推进绿色低碳发展的科技支撑不足问题，加强碳捕集利用和封存技术、零碳工业流程再造技术等科技攻关，支持绿色低碳技术创新成果转化。

什么是CCUS技术？

具体而言，CCUS是把生产过程中排放的二氧化碳进行捕获提纯，继而投入到新的生产过程中进行循环再利用或封存的一种技术，分为捕集、输送、利用与封存四个环节。

CCUS技术流程（图片来源：DeepTech）

碳捕集

碳捕集是指将二氧化碳从工业生产、能源利用或大气中分离出来的过程；主要分为燃烧前捕集、燃烧后捕集、富氧燃烧和化学链捕集。适合捕集的排放源包括发电厂、钢铁厂、水泥厂、冶炼厂、化肥厂、合成燃料厂以及基于化石原料的制氢工厂等，其中化石燃料发电厂是碳捕集最主要的排放源。

目前，碳捕集技术成熟程度差异较大，燃烧前物理吸收法已经处于商业应用阶段，燃烧后化学吸附法尚处于中试阶段，其它大部分捕集技术处于工业示范阶段。燃烧后捕集技术是目前最成熟的捕集技术，可用于大部分火电厂的脱碳改造。

三种主要捕集方式对比

碳输送

碳输送是指将捕集的二氧化碳运送到可利用或封存场地的过程，是捕集和封存、利用阶段间的必要连接。根据运输方式的不同，主要分为管道、船舶、罐车运输等。

在现有碳输送技术中，罐车运输和船舶运输技术已达到商业应用阶段，主要应用于规模10万吨/年以下的二氧化碳输送。中国已有的CCUS示范项目规模较小，大多采用罐车输送。管道输送尚处于中试阶段。海底管道运输的成本比陆上管道高40%~70%，目前海底管道输送二氧化碳的技术缺乏经验，在国内尚处于研究阶段。

碳利用与封存

碳利用是指通过工程技术手段将捕集的二氧化碳实现资源化利用的过程；根据工程技术手段的不同，可分为二氧化碳地质利用、二氧化碳化工利用和二氧化碳生物利用等。其中，二氧化碳地质利用是将二氧化碳注入地下，进而实现强化能源生产、促进资源开采的过程，如提高石油、天然气采收率，开采地热、深部咸（卤）水、铀矿等多种类型资源。

目前主要处理二氧化碳的方式有碳资源利用与碳封存两种，其中，资源化利用的主要方式包括：化工利用、生物利用和矿化利用；而封存主要分为地质封存和深海封存技术。

碳利用技术以额外收益促进二氧化碳的资源化利用，能够提升整体产业链的商业性。化工利用方面，主要是以二氧化碳为原料，进行与其他物质的化学转化，产出高附加值化工产品，如重整制备合成气、合成可降解聚合物等技术已经完成了示范，但将二氧化碳这种相对惰性的气体进行化学转化，成本较为昂贵，需要找到耗能少的产品或低耗能方法。

二氧化碳化工利用几类产品（图片来源：DeepTech）

生物利用方面，主要通过模拟自然界光合作用过程，将二氧化碳高效转化为合成化学品或农产品，技术已经实现了较大进展，电催化、光催化等新技术大量涌现，二氧化碳转化为食品和饲料的技术已在逐步实现商业化。目前微藻固碳技术被广泛关注，以微藻固定二氧化碳为液体燃料和生物肥料、食品饲料添加剂等。

二氧化碳生物转化的研究进展（图片来源：DeepTech）

矿化利用技术，则是指模仿自然界二氧化碳矿物吸收过程，利用固体废弃物中的碱性氧化物，将二氧化碳化学吸收转化成未定的无机碳酸盐岩过程。早期由于过程过于缓慢，未受到重视，随着技术进步，将二氧化碳掺入混凝土成为一种潜力较大的二氧化碳固定新路线。

碳封存是指通过工程技术手段将捕集的二氧化碳注入深部地质储层，实现二氧化碳与大气长期隔绝的过程。地质封存技术按照封存位置不同，可分为陆地封存和海洋封存；按照地质封存体的不同，可分为咸水层封存、枯竭油气藏封存等。地质利用封存技术方面，二氧化碳强化石油开采技术（CO2-EOR）已应用于多个驱油与封存示范项目；而海洋封存则是将二氧化碳通过轮船或管道运输到深海海底进行封存，理论上潜力巨大，但同时也伴随着高昂的封存成本，技术可行性的探讨以及对海洋生物的影响尚无定论，因此仍处于理论阶段。

建成/在建/拟建中的百万吨级CCUS项目不完全统计

总体而言，现阶段CCUS技术成本偏高，暂不具备较强的经济性实现大规模推广应用。以石油、煤化工、电力行业小规模捕集驱油示范为主，缺乏大规模的多种技术组合的全流程工业化示范。当前国内开展的碳捕集项目绝大多数为工业化集中捕集，燃烧前、燃烧后、富氧燃烧技术均有示范项目。二氧化碳利用封存项目则以二氧化碳提高石油采收率（CO2-EOR）为主，资源化利用项目很少。

CCUS市场前景

据统计，2020年底，全球大规模商业CCUS设施共65个，其中26个正在运行。在运行的商业CCUS设施平均运行年限为12年，每年可以捕集二氧化碳约4000万吨。按照CCUS产业链各环节的组合关系，可将CCUS项目模式分为3类：

捕集-利用型（CU型）

将捕集的二氧化碳进行直接应用，主要为化工利用和生物利用。

捕集-运输-埋存型（CTS型）

将捕集的二氧化碳通过罐车或管道等方式输送至目的地，并进行地质封存，例如神华在内蒙古开展的咸水层封存示范工程。

捕集-运输-利用-埋存型（CTUS型）

利用方式主要为二氧化碳驱油。

目前，我国运行及在建CCUS项目多为CU型，完整产业链的CTUS型相对较少，主要集中在电力行业与重工业。据北京理工大学能源与环境政策研究中心预测，2060碳中和目标下，我国需要通过CCUS技术完成约175亿-315亿吨的累计减排任务。其中，火电行业是CCUS发挥作用的主阵地，约能减排160亿-285亿吨，非电行业如钢铁、水泥、化工等重工业约可减排15亿-30亿吨。

电力

火电

火电行业是当前中国CCUS示范的重点，预计到2025年，煤电二氧化碳减排量将达到600万吨/年，2040年达到峰值、为2~5亿吨/年。气电CCUS的部署也将逐渐展开，于2035年达到峰值后保持不变，当年减排量为0.2~1亿吨/年。

在中国预计到2050年仍将有大约9亿千瓦燃煤电厂在运行，CCUS技术的部署有助于充分利用现有的煤电机组，适当保留煤电产能、避免一部分煤电资产提前退役而导致资源浪费。现役先进煤电机组结合CCUS技术实现低碳化利用改造是释放CCUS减排潜力的重要途径。燃煤电厂加装CCUS可以捕获90%的碳排放量，使其变为一种相对低碳的发电技术。技术适用性标准和成本是影响现役煤电机组加装CCUS的主要因素。

可再生能源发电

太阳能和风能将成为全球最大和最便宜的电力来源，但仍然需要其他技术来实现低成本的电力系统。来自可变可再生能源的电力比例不断增加，促使人们更加需要 "按需 "使用的容量，以确保电力系统的稳定运行。装备了CCUS的燃煤或燃气发电厂可以提供这种能力，并在任何时候供电，无论是在晚上还是在静止的日子。在可再生能源发电量季节性变化较大的地区，配备CCUS的发电厂特别有价值。少数能够管理这些变化的替代品，如大规模储氢，目前比CCUS更昂贵。

重工业

水泥

水泥行业的生产过程中，石灰石分解产生的二氧化碳排放约占水泥行业总排放量的60%，CCUS是水泥行业脱碳的必要技术手段。

钢铁

钢铁行业的生产工艺以排放量较高的高炉-转炉法为主，高炉-转炉法炼钢约89%的能源投入来自煤炭，导致中国吨钢碳排放较高。基于CCUS的生产路线是目前最先进和成本最低的低碳选择，可以应用于钢铁行业的许多方面，主要包括氢还原炼铁技术中氢气的产生以及炼钢过程。

石化和化工

石化和化工行业是二氧化碳的主要利用领域，通过化学反应可将二氧化碳转变成其他物质，然后进行资源再利用，主要集中在天然气加工厂、煤化工厂、氨/化肥生产厂、乙烯生产厂、甲醇乙醇生产厂等等。相较于其他低浓度排放源、石化和化工行业捕集能耗低、投资成本与运行维护成本低，为早期 CCUS示范提供了低成本机会。

目前，我国CCUS出于示范阶段，已具备大规模捕集利用与封存CO2的工程能力，涉及行业广泛，但缺少大型项目。据统计，中国已投运或建设中的CCUS示范项目约为40个，项目遍布19个省份，捕集源的行业和封存利用的类型呈现多样化分布，捕集能力300万吨/年。中国CCUS发展年度报告指出，碳中和目标下我国2030年 CCUS 减排需求为0.2亿~4.08 亿吨，市场规模将突破千亿。

图片来源：中国二氧化碳捕集利用与封存(CCUS) 年度报告(2021)

值得注意的是，实施CCUS项目必须以经济上可持续为前提条件，目前二氧化碳捕集技术相对较为成熟，但其转化和利用始终是CCUS技术需要创新突破的难点。CCUS项目由于投资大、运营难、收益低的情况，难以普及和大规模商业化，仅少数领域（如CO2-EOR等）发展较快，已进入商业化应用阶段，其他大部分技术仍属于研发或示范阶段。

此外，CCUS项目还受到碳市场价格、地质条件和应用场景等约束。既造成企业减排代价高、压力大，也导致二氧化碳定价高，下游用户不愿购买。长此恶性循环，难以形成商业化运营。目前CCUS示范项目，有能力维持运营的项目主要来自大型国有企业或少数几个拥有相关产业链的大型企业。想要扩大CCUS的市场应用规模，不仅需要在技术创新上做出努力，也迫切需要政策方面建立完善CCUS的技术标准体系、探索符合国情的优惠政策，为CCUS项目的实施降低成本，促进良性循环，推动其商业化发展。

封存二氧化碳、缓解环境压力的同时，可以有效保障国家能源开采以及供应安全。在全球应对气候变化背景下，我国能源企业应该顺势而为，加快CCUS商业化应用技术瓶颈突破，研发低成本、低能耗碳捕集技术，加快二氧化碳资源化利用布局，才能真正加快CCUS项目落地发展、规模化推广，及早抢占能源转型新的战略制高点。

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以上内容参考自北极星碳管家网、江西林业、环球零碳、中国电力企业管理、中国能源网、壹行研、银通智略等文章。

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