:0引言

國際能源署(International Energy Agency，IEA) 在 2016 年報告中提出的解決全球氣候變化的主要 手段是：發(fā)展清潔能源(包括可再生能源和核能)，提高能效(包括最終使用燃料和電力效率和最終使用燃料轉換)和碳捕集與封存(carbon capture and storage，CCS)。政府間氣候變化專門委員會 (Intergovernmental Panel on Climate Change，IPCC ) 《決策者第五次評估報告摘要》指出，如果沒有CCS，絕大多數氣候模式運行都不能實現(xiàn)緩解氣候 變化的目標；重要的是，如果不采用CCS技術，在2050年前實現(xiàn)0.45‰二氧化碳當量的成本會增加138%。

我國在提高能效和發(fā)展清潔能源方面的進展已經居于世界前列，政府在調整產業(yè)結構、優(yōu)化能源結構、節(jié)能提高能效、控制非能源活動溫室氣體排放、增加碳匯等方面采取一系列行動，已取得了積極成效。2017年碳強度比2005年下降約46%，已經提前完成了到2020年碳強度下降40%~45%的目標。但作為經濟高速發(fā)展的大國，以煤為基礎的能源結構短期內難以改變，為完成到2030年中國在《巴黎協(xié)定》中承諾2030年碳強度下降60%~65%的目標，還需要持續(xù)開展煤炭的清潔高效利用、節(jié)能減排和堅持綠色和諧的可持續(xù)發(fā)展道路等各方面的工作才能實現(xiàn)。

CCS作為重要的減排技術，是我國踐行低碳發(fā)展戰(zhàn)略的重要技術選擇，實現(xiàn)綠色發(fā)展至關重要。為在2030年排放達到頂峰后的去峰問題提早考慮技術支撐，需要進一步深化CCS在我國的研究和發(fā)展。由于CCS技術其前沿的技術體系和巨大的工程規(guī)模，需要花費巨額資本和運營成本，以及額外能耗，并且安全性以及大型示范項目的系統(tǒng)整 合都存在一定問題，結合我國國情，示范項目在CCS原有的3個環(huán)節(jié)的基礎上增加了CO2利用的環(huán)節(jié)，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)、提高煤層氣采收率(enhanced coal bed methane recovery，ECBM)、食品級CO2精制以及其他工業(yè)利用方式。截至2017年底，全國已建成或運營的萬t級以上CCUS示范項目約13個，大規(guī)模全流程的集成項目有14個正在部署中。隨著CCUS在中國的應用和發(fā)展， 與其相關的各種研究，如捕集技術優(yōu)化、項目環(huán)境監(jiān)測、風險評估等也隨之開展。

本文針對CCUS的技術特點與其他減排技術進行了比較，介紹了 CCUS 的應用范圍和情況，對我國CCUS項目的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢進行了分析，闡述了其面臨的經濟、技術、環(huán)境和政策等方面的問題和挑戰(zhàn)，最后總結出CCUS在我國的發(fā)展前景。

1CCUS的技術特點和應用

1.1CCUS的技術特點

CCUS在技術成熟的前提下有可能實現(xiàn)近零排放，是全球氣候解決方案的重要組成部分。CCUS在促進煤清潔利用方面具有重要作用，有可能對油氣、燃煤發(fā)電、煤化工等行業(yè)的優(yōu)化發(fā)展能起到明顯的推進作用，對世界能源供給也具有戰(zhàn)略意義。CCUS與其他二氧化碳減排技術的優(yōu)缺點比較如 表1所示。

1.2 CCUS的應用

CCUS上游的碳捕集方面，主要有3種技術路徑：1）燃燒前捕集，通過燃燒前將碳從燃料中脫除；2）燃燒后捕集，從燃燒生成的煙氣中分離二氧化碳；3）富氧燃燒，又稱氧氣、二氧化碳燃燒技術或空氣分離、煙氣再循環(huán)技術。其中燃燒前捕集技術只能用于新建發(fā)電廠，另兩種技術則可同時應用于新建和已投產的發(fā)電廠、化工廠等。

CCUS技術的應用主要有物理應用、化工應用和生物應用等。物理應用主要包括：在啤酒、碳酸飲料中的應用；石油三采的驅油劑；焊接工藝中的惰性氣體保護焊；將液體、固體CO2的冷量用于食品蔬菜的冷藏、儲運；在果蔬的自然降氧、氣調保鮮劑，以及用于超臨界CO2萃取等行業(yè)中等。化學應用主要包括：無機和有機精細化學品、高分子 材料等的研究應用上。如以CO2為原料合成尿素、生產輕質納米級超細活性碳酸鹽；CO2催化加氫制 取甲醇；以 CO2為原料的一系列有機原料的合成；CO2與環(huán)氧化物共聚生產的高聚物；通過CO2轉化為CO，從而發(fā)展一系列羥基化碳一化學品等。

生物應用主要以微藻固定CO2轉化為生物燃料和化學品，生物肥料、食品和飼料添加劑等。從表2可知，我國在CCUS全流程的各種技術路線都開展了示范工程，新建規(guī)模也在不斷擴大。根據麥肯錫的估算，在經過初期的示范階段之后，CCUS產能規(guī)模每翻一番，成本將有望下降10%~20%。

2我國 CCUS發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢

2.1我國 CCUS 發(fā)展現(xiàn)狀

我國擁有巨大的潛在CCUS應用市場。預計2030年一次能源生產總量達到43億t標煤，二氧化碳排放量112億t，達到排放峰值。封存和應用方面，以EOR為例，全國約130億t原油地質儲量適合使用EOR，可提高原油采收率15%，預計可增加采儲量 19.2億t，同時封存二氧化碳約47~55億t。截至2017年底，全國已建成或運營的萬t級以上CCUS示范項目有13個，如表3所示。

大規(guī)模全流程的集成示范準備項目有14個，均處于不同階段準備過程中，規(guī)模大多在 100萬t以上。吉林油田EOR項目的管道和驅油工程實際上已經完成50萬t/年的建設，正等待外部CO2的供給；勝利油田EOR在2013年就完成了百萬噸級項目的預可研，部分工程已經完成可行性研究；延長集團EOR項目，正在進行37萬t項目的建設和100萬t項目的預研，如表4所示。

2.2 我國 CCUS 發(fā)展趨勢和目標

CCUS作為一項有望實現(xiàn)化石能源大規(guī)模低碳利用的技術，是我國未來減少CO2排放、保障能源安全和實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要手段。隨著示范項目范圍擴大，未來有望建成低成本、低能耗、安全可靠的CCUS技術體系和產業(yè)集群，為化石能源低碳利用提供技術選擇，為應對氣候變化提供有效的技術保障，為經濟可持續(xù)發(fā)展提供技術支撐。根據中國21世紀議程管理中心資料，整理后的CCUS技術在我國發(fā)展趨勢和目標如表5所示。

3發(fā)展CCUS面臨的挑戰(zhàn)

目前我國在提高能效和發(fā)展清潔能源方面的進展已經居于世界前列，但在CCUS技術上，總體還處于研發(fā)和示范的初級階段。由于CCUS技術是發(fā)展中并不斷完善的技術，還存在著經濟、技術、環(huán)境和政策等方面的困難和問題，要實現(xiàn)規(guī)?；l(fā) 展還存在很多阻力和挑戰(zhàn)。

3.1經濟方面的挑戰(zhàn)

發(fā)展CCUS面臨的最大挑戰(zhàn)是示范項目的成本相對過高?，F(xiàn)有技術條件下，安裝碳捕集裝置，將產生額外的資本投入和運行維護成本等，以火電廠安裝為例，將額外增加140~600元/t的運行成本，直接導致發(fā)電成本大幅增加。如華能集團上海石洞口捕集示范項目，在項目運行時的發(fā)電成本從每千瓦時0.26元提高到0.5元。CCUS項目的重要貢獻在于減少碳排放，但企業(yè)在投資巨額費用后，卻無法實現(xiàn)減排收益，這嚴重影響著企業(yè)開展CCUS示范項目的積極性。除此之外，CO2目前輸送主要以罐車為主，運輸成本高，而CO2管網建設投入高、風險大，這也影響著CCUS技術的推廣。

3.2 技術方面的挑戰(zhàn)

目前，我國CCUS全流程各類技術路線都分別開展了實驗示范項目，但整體仍處于研發(fā)和實驗階段，而且項目及范圍都太小。雖然新建項目和規(guī)模都在增加，但還缺少全流程一體、更大規(guī)模的可復制的經濟效益明顯的集成示范項目。另外，受現(xiàn)有的CCUS技術水平的制約，在部署時將使一次能耗增加10%~20%甚至更多，效率損失很大，這嚴重阻礙著CCUS技術的推廣和應用。要迅速改變這種狀況就需要更多的資金投入。

3.3 環(huán)境方面的挑戰(zhàn)

CCUS捕集的是高濃度和高壓下的液態(tài)CO2，如果在運輸、注入和封存過程中發(fā)生泄漏，將對事故附近的生態(tài)環(huán)境造成影響，嚴重時甚至危害到人身安全。特別是CCUS的地質復雜性帶來的環(huán)境影 響和環(huán)境風險的不確定性，嚴重地制約著政府和公眾對CCUS的認知和接受程度。這需要針對CCUS項目在環(huán)境監(jiān)測、風險防控的過程中考慮全流程、全階段來制定切實有效的方案。

3.4 政策方面的挑戰(zhàn)

目前，我國針對CCUS示范項目的全流程各個環(huán)節(jié)均有相關法律法規(guī)可供參考，但尚無針對性的專項法律法規(guī)，這導致企業(yè)開展CCUS示范項目的積極性不高。從現(xiàn)有政策來看，國家對于發(fā)展CCUS持鼓勵態(tài)度，主要以宏觀的引導和鼓勵為主，并沒有針對CCUS發(fā)展有具體財稅支持。在示范項目的選址、建設、運營和地質利用與封存場地關閉及關閉后的環(huán)境風險評估、監(jiān)控等方面同樣缺乏相關的法律法規(guī)。

4討論

整體來看，CCUS減排潛力大，可能實現(xiàn)零排放甚至負排放，其通過EOR、ECBM等 CO2利用方式促進其他相關行業(yè)發(fā)展，作為一種發(fā)展中的很有前途的新技術，CO2 的工業(yè)利用也極具前景。但受制于經濟、技術、環(huán)境和政策等方面存在著一些短時間難以解決的問題，結合我國國情，大規(guī)?；l(fā)展CCUS項目的時機還不成熟。建議政府層面制定CCUS發(fā)展規(guī)劃，探索有利于發(fā)展CCUS的財政政策，激勵企業(yè)開展全流程的集成示范項目；科研層面增加相關應用技術以及配套技術的研究資金 投入；企業(yè)層面一方面深化與歐美發(fā)達國家的合作交流，獲取國際上的資金支持，另一方面對國外先進示范項目進行調研和梳理，對國內示范項目進行及時的總結和完善，積累全產業(yè)鏈的工程經驗和技術數據，為我國CCUS技術標準體系建設打下堅實的基礎。