中国 CCUS 技术发展趋势分析
国际能源署(International Energy Agency，IEA) 在 2016 年报告中提出的解决全球气候变化的主要 手段是：发展清洁能源(包括可再生能源和核能)，提高能效(包括最终使用燃料和电力效率和最终使用燃料转换)和碳捕集与封存(carbon capture and storage，CCS)。政府间气候变化专门委员会 (Intergovernmental Panel on Climate Change，IPCC ) 《决策者第五次评估报告摘要》指出，如果没有CCS，绝大多数气候模式运行都不能实现缓解气候 变化的目标；重要的是，如果不采用CCS技术，在2050年前实现0.45‰二氧化碳当量的成本会增加138%。
我国在提高能效和发展清洁能源方面的进展已经居于世界前列，政府在调整产业结构、优化能源结构、节能提高能效、控制非能源活动温室气体排放、增加碳汇等方面采取一系列行动，已取得了积极成效。2017年碳强度比2005年下降约46%，已经提前完成了到2020年碳强度下降40%~45%的目标。但作为经济高速发展的大国，以煤为基础的能源结构短期内难以改变，为完成到2030年中国在《巴黎协定》中承诺2030年碳强度下降60%~65%的目标，还需要持续开展煤炭的清洁高效利用、节能减排和坚持绿色和谐的可持续发展道路等各方面的工作才能实现。
CCS作为重要的减排技术，是我国践行低碳发展战略的重要技术选择，实现绿色发展至关重要。为在2030年排放达到顶峰后的去峰问题提早考虑技术支撑，需要进一步深化CCS在我国的研究和发展。由于CCS技术其前沿的技术体系和巨大的工程规模，需要花费巨额资本和运营成本，以及额外能耗，并且安全性以及大型示范项目的系统整 合都存在一定问题，结合我国国情，示范项目在CCS原有的3个环节的基础上增加了CO2利用的环节，即碳捕集和封存利用(carbon capture，utilization and storage ，CCUS)，主要的方式包括提高原油采 收率(enhanced oil recovery，EOR)、提高煤层气采收率(enhanced coal bed methane recovery，ECBM)、食品级CO2精制以及其他工业利用方式。截至2017年底，全国已建成或运营的万t级以上CCUS示范项目约13个，大规模全流程的集成项目有14个正在部署中。随着CCUS在中国的应用和发展， 与其相关的各种研究，如捕集技术优化、项目环境监测、风险评估等也随之开展。
本文针对CCUS的技术特点与其他减排技术进行了比较，介绍了 CCUS 的应用范围和情况，对我国CCUS项目的发展现状和趋势进行了分析，阐述了其面临的经济、技术、环境和政策等方面的问题和挑战，最后总结出CCUS在我国的发展前景。
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CCUS 的技术特点和应用
CCUS在技术成熟的前提下有可能实现近零排放，是全球气候解决方案的重要组成部分。CCUS在促进煤清洁利用方面具有重要作用，有可能对油气、燃煤发电、煤化工等行业的优化发展能起到明显的推进作用，对世界能源供给也具有战略意义。CCUS与其他二氧化碳减排技术的优缺点比较如 表1所示。
CCUS上游的碳捕集方面，主要有3种技术路径：1）燃烧前捕集，通过燃烧前将碳从燃料中脱除；2）燃烧后捕集，从燃烧生成的烟气中分离二氧化碳；3）富氧燃烧，又称氧气、二氧化碳燃烧技术或空气分离、烟气再循环技术。其中燃烧前捕集技术只能用于新建发电厂，另两种技术则可同时应用于新建和已投产的发电厂、化工厂等。
CCUS技术的应用主要有物理应用、化工应用和生物应用等。物理应用主要包括：在啤酒、碳酸饮料中的应用；石油三采的驱油剂；焊接工艺中的惰性气体保护焊；将液体、固体CO2的冷量用于食品蔬菜的冷藏、储运；在果蔬的自然降氧、气调保鲜剂，以及用于超临界CO2萃取等行业中等。化学应用主要包括：无机和有机精细化学品、高分子 材料等的研究应用上。如以CO2为原料合成尿素、生产轻质纳米级超细活性碳酸盐；CO2催化加氢制 取甲醇；以 CO2为原料的一系列有机原料的合成；CO2与环氧化物共聚生产的高聚物；通过CO2转化为CO，从而发展一系列羟基化碳一化学品等。
生物应用主要以微藻固定CO2转化为生物燃料和化学品，生物肥料、食品和饲料添加剂等。从表2可知，我国在CCUS全流程的各种技术路线都开展了示范工程，新建规模也在不断扩大。根据麦肯锡的估算，在经过初期的示范阶段之后，CCUS产能规模每翻一番，成本将有望下降10%~20%。
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我国 CCUS 发展现状和趋势
3.1 我国 CCUS 发展现状
我国拥有巨大的潜在CCUS应用市场。预计2030年一次能源生产总量达到43亿t标煤，二氧化碳排放量112亿t，达到排放峰值。封存和应用方面，以EOR为例，全国约130亿t原油地质储量适合使用EOR，可提高原油采收率15%，预计可增加采储量 19.2亿t，同时封存二氧化碳约47~55亿t。截至2017年底，全国已建成或运营的万t级以上CCUS示范项目有13个，如表3所示。
大规模全流程的集成示范准备项目有14个，均处于不同阶段准备过程中，规模大多在 100万t以上。吉林油田EOR项目的管道和驱油工程实际上已经完成50万t/年的建设，正等待外部CO2的供给；胜利油田EOR在2013年就完成了百万吨级项目的预可研，部分工程已经完成可行性研究；延长集团EOR项目，正在进行37万t项目的建设和100万t项目的预研，如表4所示。
CCUS作为一项有望实现化石能源大规模低碳利用的技术，是我国未来减少CO2排放、保障能源安全和实现可持续发展的重要手段。随着示范项目范围扩大，未来有望建成低成本、低能耗、安全可靠的CCUS技术体系和产业集群，为化石能源低碳利用提供技术选择，为应对气候变化提供有效的技术保障，为经济可持续发展提供技术支撑。根据中国21世纪议程管理中心资料，整理后的CCUS技术在我国发展趋势和目标如表5所示。
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发展 CCUS 面临的挑战
目前我国在提高能效和发展清洁能源方面的进展已经居于世界前列，但在CCUS技术上，总体还处于研发和示范的初级阶段。由于CCUS技术是发展中并不断完善的技术，还存在着经济、技术、环境和政策等方面的困难和问题，要实现规模化发 展还存在很多阻力和挑战。
发展CCUS面临的最大挑战是示范项目的成本相对过高。现有技术条件下，安装碳捕集装置，将产生额外的资本投入和运行维护成本等，以火电厂安装为例，将额外增加140~600元/t的运行成本，直接导致发电成本大幅增加。如华能集团上海石洞口捕集示范项目，在项目运行时的发电成本从每千瓦时0.26元提高到0.5元。CCUS项目的重要贡献在于减少碳排放，但企业在投资巨额费用后，却无法实现减排收益，这严重影响着企业开展CCUS示范项目的积极性。除此之外，CO2目前输送主要以罐车为主，运输成本高，而CO2管网建设投入高、风险大，这也影响着CCUS技术的推广。
目前，我国CCUS全流程各类技术路线都分别开展了实验示范项目，但整体仍处于研发和实验阶段，而且项目及范围都太小。虽然新建项目和规模都在增加，但还缺少全流程一体、更大规模的可复制的经济效益明显的集成示范项目。另外，受现有的CCUS技术水平的制约，在部署时将使一次能耗增加10%~20%甚至更多，效率损失很大，这严重阻碍着CCUS技术的推广和应用。要迅速改变这种状况就需要更多的资金投入。
CCUS捕集的是高浓度和高压下的液态CO2，如果在运输、注入和封存过程中发生泄漏，将对事故附近的生态环境造成影响，严重时甚至危害到人身安全。特别是CCUS的地质复杂性带来的环境影 响和环境风险的不确定性，严重地制约着政府和公众对CCUS的认知和接受程度。这需要针对CCUS项目在环境监测、风险防控的过程中考虑全流程、全阶段来制定切实有效的方案。
目前，我国针对CCUS示范项目的全流程各个环节均有相关法律法规可供参考，但尚无针对性的专项法律法规，这导致企业开展CCUS示范项目的积极性不高。从现有政策来看，国家对于发展CCUS持鼓励态度，主要以宏观的引导和鼓励为主，并没有针对CCUS发展有具体财税支持。在示范项目的选址、建设、运营和地质利用与封存场地关闭及关闭后的环境风险评估、监控等方面同样缺乏相关的法律法规。
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讨论
整体来看，CCUS减排潜力大，可能实现零排放甚至负排放，其通过EOR、ECBM等 CO2利用方式促进其他相关行业发展，作为一种发展中的很有前途的新技术，CO2 的工业利用也极具前景。但受制于经济、技术、环境和政策等方面存在着一些短时间难以解决的问题，结合我国国情，大规模化发展CCUS项目的时机还不成熟。建议政府层面制定CCUS发展规划，探索有利于发展CCUS的财政政策，激励企业开展全流程的集成示范项目；科研层面增加相关应用技术以及配套技术的研究资金 投入；企业层面一方面深化与欧美发达国家的合作交流，获取国际上的资金支持，另一方面对国外先进示范项目进行调研和梳理，对国内示范项目进行及时的总结和完善，积累全产业链的工程经验和技术数据，为我国CCUS技术标准体系建设打下坚实的基础。