CCUS在中國的機遇和前景、阻力和挑戰(zhàn)

自稱“碳捕快”的陸詩建博士從事碳捕集、利用與封存（CCUS）研究已經(jīng)13年了。歷經(jīng)多年積累，陸詩建已成長為中國礦業(yè)大學(xué)正高級研究員、中國科學(xué)院山西煤化所兼職教授，獲得了8項省部級科技獎勵。

“今天上午組織了寧波鋼鐵CCUS項目可研報告技術(shù)討論會，還有低濃度二氧化碳捕集工藝包團體標(biāo)準(zhǔn)的討論會；回復(fù)了中集集團、三峽集團咨詢的CCUS技術(shù)問題；回復(fù)了兩項二氧化碳捕集專利審查?！标懺娊ǜ嬖V筆者3月31日上午他都在忙什么。其實，這樣忙碌的上午正是陸詩建工作的縮影。多年來，他牽頭負(fù)責(zé)和參與了多個國內(nèi)CCUS示范工程。隨著碳達峰碳中和目標(biāo)逐步推進，CCUS項目設(shè)計范圍也從傳統(tǒng)的電力、化工逐步發(fā)展到鋼鐵、水泥等高能耗重工業(yè)，甚至印染紡織行業(yè)這樣的輕工業(yè)。3月初，他剛負(fù)責(zé)完成了全國印染行業(yè)首個捕集與固化使用于一體的CCUS示范項目的技術(shù)工藝包設(shè)計。

本文就“雙碳”背景下，CCUS的機遇和前景、阻力和挑戰(zhàn)、實現(xiàn)商業(yè)化還有哪些障礙需要克服等問題采訪了陸詩建。

(陸=陸詩建，能=能源高質(zhì)量發(fā)展)

能：您牽頭負(fù)責(zé)和參與了多個國內(nèi)CCUS示范工程，請簡要介紹一下我國CCUS工業(yè)示范總體情況。同時，在碳達峰碳中和目標(biāo)下，CCUS的機遇和前景如何？

陸：在煤基燃料CCUS方面，我國已開展了近20年的研究工作，建設(shè)了10余套CCUS工程示范，為工業(yè)源碳減排打下了扎實的基礎(chǔ)。但目前，CCUS仍存在能耗高、損耗高的技術(shù)瓶頸，低成本、產(chǎn)業(yè)化的技術(shù)亟待突破。

我國正從能耗“雙控”向碳排放總量和強度“雙控”轉(zhuǎn)變。這樣的大背景下，開展二氧化碳捕集、運輸、利用與地質(zhì)封存全流程重大技術(shù)創(chuàng)新，開展大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化CCUS技術(shù)示范應(yīng)用，可為碳減排目標(biāo)的實現(xiàn)提供重要支撐，對服務(wù)國家戰(zhàn)略和經(jīng)濟社會綠色發(fā)展意義重大。

能：在“能控”向“碳控”轉(zhuǎn)變的國內(nèi)大環(huán)境下，CCUS面臨較好的發(fā)展機遇。對于如何將機遇轉(zhuǎn)化為行動，您有何建議？

陸：個人建議，要加快各主要工業(yè)源CCUS產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)研發(fā)，盡快構(gòu)建低成本、低能耗、安全可靠的CCUS技術(shù)體系和產(chǎn)業(yè)集群，努力實現(xiàn)CCUS各個環(huán)節(jié)技術(shù)的均衡發(fā)展，盡快進入大規(guī)模推廣應(yīng)用商業(yè)化階段，為化石能源低碳化利用提供技術(shù)選擇；同時，考慮各行業(yè)同步發(fā)展，區(qū)域均衡發(fā)展，地面與地下技術(shù)研發(fā)與工程示范同步推進。在技術(shù)層面的建議是：研發(fā)低能耗、低消耗、大規(guī)模二氧化碳捕集技術(shù)，發(fā)展地面/地下礦化、化工利用、驅(qū)油、驅(qū)氣、驅(qū)水、微藻制油等技術(shù)，研究二氧化碳安全可靠封存、長周期監(jiān)測及遠距離運輸技術(shù)，加強源匯匹配分析、碳捕集與主體工業(yè)系統(tǒng)的能量耦合優(yōu)化，建設(shè)大規(guī)模百萬噸級二氧化碳捕集利用和封存系統(tǒng)示范工程，實現(xiàn)CCUS技術(shù)在煤炭加工、電力、鋼鐵、水泥、化工等大宗工業(yè)排放源系統(tǒng)獲得覆蓋性、常規(guī)性應(yīng)用。

能：您剛才提到了鋼鐵、水泥等行業(yè)的CCUS系統(tǒng)應(yīng)用，但截至目前，我國還沒有長期穩(wěn)定運行的水泥、鋼鐵行業(yè)大規(guī)模一體化示范項目。您認(rèn)為CCUS在除電力、化工以外行業(yè)的示范應(yīng)用存在哪些挑戰(zhàn)？

陸：CCUS在除電力、化工以外行業(yè)示范應(yīng)用的挑戰(zhàn)來自多方面。一是經(jīng)驗較少，國內(nèi)水泥、鋼鐵等大宗排放源行業(yè)的CCUS技術(shù)示范剛起步；二是成本較高，CCUS技術(shù)包括捕集、運輸、利用與封存四個環(huán)節(jié)，各工藝環(huán)節(jié)均存在公用工程消耗，目前需要通過技術(shù)進步、能量綜合利用實現(xiàn)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(guī)模碳捕集項目投資約1000萬元/年萬噸二氧化碳，雖然隨著規(guī)模增大單位投資成本下降，但總投資不斷上升；四是國家的指導(dǎo)政策還有待加強。

能：您認(rèn)為應(yīng)該如何攻克高成本、高能耗的挑戰(zhàn)？

陸：需要加強技術(shù)研發(fā)，降低成本和能耗。CCUS項目的成本與能耗主要集中在碳捕集環(huán)節(jié)，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(fù)載吸附劑、鈣基、鈉基等功能化吸附材料研發(fā)，配套多梯級熱能利用技術(shù)，研制大通量、高傳質(zhì)效率反應(yīng)器，減少吸收劑逃逸與損耗，可有效降低碳捕集環(huán)節(jié)的運行成本與能耗。

在管道輸送方面，我國需要在大規(guī)模二氧化碳管道輸送技術(shù)方面開展攻關(guān)研究工作，實現(xiàn)不同場景下二氧化碳經(jīng)濟輸送模式選擇和風(fēng)險控制，達到低成本安全高效輸送的目標(biāo)。

在地質(zhì)利用封存方面，亟待突破高效驅(qū)油、礦化、驅(qū)氣、地?zé)崮芾眉夹g(shù)以及安全性評估與監(jiān)測預(yù)警技術(shù)；化工與生物利用技術(shù)則需要重點攻關(guān)低成本高轉(zhuǎn)化率礦化轉(zhuǎn)化、化工轉(zhuǎn)化、微藻制油等技術(shù)。

能：除了上述技術(shù)方面，您剛才還提了國家的指導(dǎo)政策有待加強。

陸：是的，我國還需要進一步建立健全CCUS法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)體系。國內(nèi)CCUS項目在實踐過程中，面臨所有權(quán)不明確、管轄部門及審批程序不明確、相關(guān)技術(shù)規(guī)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(guī)，減少利益相關(guān)方各種顧慮，確保CCUS項目穩(wěn)健開展；嚴(yán)格、清晰界定CCUS項目邊界，防止CCUS概念泛化；基于標(biāo)準(zhǔn)體系，實施CCUS從選址到減排量的第三方核查制度。

我國更需要出臺鼓勵和補貼政策，探索市場化激勵機制，完善商業(yè)和投融資環(huán)境。在商業(yè)化應(yīng)用之前，CCUS技術(shù)的發(fā)展需要解決巨額研發(fā)資金投入的問題。建議出臺政策實施經(jīng)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(quán)交易體系等。此外，需要加強基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，包括建設(shè)二氧化碳運輸管網(wǎng)等，降低CCUS運營商的成本。建議設(shè)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。

能：談到CCUS投資與運行成本高和長遠環(huán)境、社會效益之間的關(guān)系問題，您對于企業(yè)在思考和布局CCUS技術(shù)研發(fā)與示范工程方面有哪些具體建議？

陸：企業(yè)是CCUS技術(shù)推廣應(yīng)用與產(chǎn)業(yè)化的主力軍。在思考和布局CCUS技術(shù)研發(fā)與示范工程過程中，眼光不要局限于當(dāng)前的投入和回報率，而要放長遠，從國家政策和未來規(guī)劃入手，開展CCUS技術(shù)戰(zhàn)略儲備，著眼于低成本的二氧化碳捕集技術(shù)創(chuàng)新，CCUS全流程技術(shù)攻關(guān)，真正突破當(dāng)前CCUS的高成本、高消耗的“卡脖子”技術(shù)難題，推動CCUS大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用。機會留給有準(zhǔn)備的人，當(dāng)CCUS的鼓勵政策或碳稅制度出來時，先行者將能夠真正站立潮頭，引領(lǐng)低碳經(jīng)濟發(fā)展。

能：與全球CCUS項目情況相比，我國CCUS示范項目處于什么水平？有哪些國際經(jīng)驗可以借鑒？

陸：目前，國內(nèi)外煙氣CCUS技術(shù)在國內(nèi)仍不同程度地處于實驗室研究和工業(yè)示范階段，規(guī)模整體較小。對于大規(guī)模燃煤CCS工程（規(guī)模≥100萬噸/年），國內(nèi)尚沒有工業(yè)運行的先例，國外僅有2例，即已投運的加拿大邊界壩100萬噸/年二氧化碳捕集與驅(qū)油封存工程和美國Petra Nova 140萬噸/年捕集與驅(qū)油封存項目。雖然我國已具備開展百萬噸級CCUS示范工程的技術(shù)儲備與能力，計劃于2025年建成多個CCUS工業(yè)示范項目并具備工程化能力，但目前距離大規(guī)模商用仍然有較大差距，僅有一小部分技術(shù)進入到了示范環(huán)節(jié)，并未實現(xiàn)完整的全流程項目示范和集群化規(guī)模部署，缺少相關(guān)的項目經(jīng)驗。

綜合對比國內(nèi)外二氧化碳捕集工程技術(shù)與已建示范工程，從技術(shù)研發(fā)層面，國內(nèi)技術(shù)與國外處于并跑階段，但是大規(guī)模二氧化碳捕集工程技術(shù)研究較少；從工程示范與應(yīng)用層面，國內(nèi)外均建立了燃燒后二氧化碳捕集工程，但國內(nèi)工業(yè)級示范較少，無百萬噸級大規(guī)模示范；從運行實踐層面，國內(nèi)燃燒后捕集工程運行時間普遍較短；吸收劑、節(jié)能技術(shù)、核心工藝裝備仍有較大提升空間。

國內(nèi)外二氧化碳捕集工程運行實踐表明，首先，能耗的降低對大規(guī)模二氧化碳捕集至關(guān)重要，需開展節(jié)能優(yōu)化、節(jié)水優(yōu)化工作；其次，特大型塔器塔型選擇、內(nèi)構(gòu)件結(jié)構(gòu)優(yōu)化、穩(wěn)定性、氣液分布均勻性、傳質(zhì)傳熱性能需開展研究工作；第三，隨著捕集規(guī)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。

二氧化碳管道輸送方面，我國二氧化碳的輸送以陸路低溫儲罐運輸為主，在長距離、高壓、低溫和超臨界二氧化碳運輸方面的研究方面取得了一些成果，但是尚無大輸量、長距離的二氧化碳輸送管道項目落地。當(dāng)前，國內(nèi)僅有3條二氧化碳氣相輸送管道，最大輸量為50萬噸/年，輸送距離為52千米；而國外正在運行的二氧化碳管道超過50條，管道長度超過8000千米，總輸量達到6.8億噸/年，已建管道中近80%采用超臨界輸送工藝，單管最大設(shè)計年輸量達2000萬噸，最大設(shè)計管徑DN750。我國需要在大規(guī)模二氧化碳管道輸送技術(shù)方面開展攻關(guān)研究工作，實現(xiàn)不同場景下二氧化碳經(jīng)濟輸送模式選擇和風(fēng)險控制，達到低成本安全高效輸送的目標(biāo)。

地質(zhì)封存與利用方面，目前比較成熟的技術(shù)有二氧化碳提高石油采收率（CO2-EOR）、二氧化碳驅(qū)替煤層氣（CO2-ECBM）、咸水層封存和海洋封存等。世界范圍內(nèi)開展的相關(guān)研究眾多，在理論和工程實踐上都取得了較多成果。如我國由吉林油田實施的CCS-EOR項目，已累計捕集埋存二氧化碳 170萬噸，增產(chǎn)原油70余萬噸?？傮w來看，我國諸多CCUS示范項目的二氧化碳地質(zhì)封存利用非常有限。對比國外目前已經(jīng)實施的CCUS項目，單體最大的CCUS項目年封存能力高達每年400萬噸二氧化碳，而我國單體最大的CCUS項目是中國石油吉林油田的CO2-EOR示范項目，年二氧化碳注入量30萬噸，二氧化碳封存利用能力等較歐美國家仍有較大差距。

技術(shù)層面，我國地質(zhì)條件復(fù)雜，如咸水層以陸相為主、陸相沉積儲層非均質(zhì)性強、混相壓力高、滲透率較低等，造成大封存容量、高安全性的二氧化碳封存場地選擇難度大，對注入技術(shù)要求高，加之目前對于注入的二氧化碳監(jiān)測能力較弱，存在泄露的風(fēng)險，故而二氧化碳高效地質(zhì)封存技術(shù)，高效驅(qū)油、驅(qū)氣、地?zé)崮芾眉夹g(shù)以及CCUS整體安全性評估與監(jiān)測預(yù)警技術(shù)亟待突破。

綜上所述，我國CCUS技術(shù)上與國外并駕齊驅(qū)，但是規(guī)模較小。大規(guī)模CCUS項目推廣應(yīng)用需要重點攻關(guān)二氧化碳捕集高消耗、高能耗，碳捕集工程大型化經(jīng)驗不足，管道安全輸送要求高以及二氧化碳地質(zhì)封存的有效性、安全性、經(jīng)濟性等技術(shù)瓶頸難題。未來二十年，低成本、商業(yè)化、集群化規(guī)模部署是CCUS發(fā)展趨勢，也是國家實現(xiàn)碳達峰碳中和目標(biāo)急迫的重大需求。