最近,CCUS不断吸引人们视线。国内不少能源企业上马CCUS项目,国外不少政府或组织推出数额庞大的CCUS促进计划。CCUS究竟是什么?它对二氧化碳减排意味着什么?未来面临哪些挑战和机遇?
图为国家能源集团锦界公司15万吨/年二氧化碳捕集及综合利用示范项目。(资料图片)
降碳减排利器
CCUS,即二氧化碳捕集、利用与封存,指通过技术手段将二氧化碳从工业排放源中捕集,并加以利用或安全封存的过程。因此被形象地称为“碳捕手”。
国家能源集团新能源技术研究院碳中和研究中心主任徐冬表示,近年来CCUS作为全球减缓气候变化技术的角色和定位持续强化。CCUS技术已经被明确列入全球气候目标实现不可或缺的减排技术组合。
2015年,《巴黎协定》提出至本世纪末,相较工业化以前的水平,要将全球变暖温度控制在2摄氏度以内,并向1.5摄氏度的目标努力。中国政府积极应对气候变化,为协定的通过发挥了重要作用。2020年9月,中国政府在第七十五届联合国大会上提出,中国将提高国家自主贡献力度,采取更加有力的政策和措施,二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和。
要实现这一目标,远非易事。作为发展中大国,中国经济发展仍需安全稳定的能源保障。同时,作为富煤、贫油、少气的国家,二氧化碳含量较高的煤炭仍是我国的基础能源和重要工业原料。预计到2035年,全国煤炭消费总量仍将保持在40亿吨左右,实现煤炭等能源行业低碳高质量发展,对于保障国家能源安全、实现“双碳”目标具有重要意义。
CCUS技术可实现化石燃料利用过程的二氧化碳近零排放,在为经济发展保障能源安全稳定供应的前提下,既降低碳排放总量,又显著控制总减排成本。联合国政府间气候变化专门委员会指出,如果没有CCUS技术,几乎所有气候模式都不能实现《巴黎协定》的目标,并且全球碳减排成本将成倍增加。
各地加快探索
今年5月22日,中国海油发布消息称,我国首个海上CCUS项目在珠江口盆地的恩平15-1平台投用。油田开发伴生的二氧化碳将被捕集、提纯、加压至超临界状态,通过一口CCUS井,以初期8吨/小时的速度注入地下油藏,既驱动原油增产,又实现二氧化碳封存,开创了海洋能源循环利用新模式。
恩平15-1平台是目前亚洲最大的海上原油生产平台,也是高含二氧化碳油田。若按常规模式开发,二氧化碳将随原油一起被采出地面,不仅对海上平台设施和海底管线造成腐蚀,还将增加二氧化碳排放量。
为什么选择使用二氧化碳驱油?中国海油恩平油田作业区总经理万年辉说,这是由于二氧化碳有独特的性能,易于达到超临界状态。处于超临界状态时,其性质会发生变化,其密度接近于液体,黏度接近于气体,扩散系数为液体的100倍,具有较大的溶解能力。原油溶有二氧化碳时,原油流动性、流变性及油藏性质会得到改善。
专家表示,现在通常采用的补充采油后地层能量递减的方法为水驱和化学驱,就是把水或化学成分注入油田中,补充地层能量损失。但是,目前很大一部分油藏田为低渗透油藏,开发难度较大,二氧化碳的特殊性质非常适合于低渗透油藏开发。在传统意义下,很多低渗透油气藏是难动用储量,如果采用二氧化碳驱油的方法,可能成为优质储量。
作为化石能源低碳高效开发的新兴技术手段,CCUS已成为全球能源行业布局的重要领域。徐冬表示,2024年全球CCUS产业投入运营的设施达50个(含3个专业运输/储存项目),另有44个设施(含7个运输/储存项目)处于建设阶段。
近日,国际能源署更新全球CCUS项目数据库。数据显示,截至2025年第一季度,全球处于运营阶段的CCUS项目年二氧化碳捕获量突破5000万吨,较上年实现快速增长。其中,超60%运营捕集能力集中于天然气加工领域。依据当前规划项目,若到2030年规划布局项目均能落地实施,全球碳捕集能力预计将达每年约4.3亿吨。
目前,我国已建成亚洲最大、世界第三大燃煤电厂燃烧后碳捕集示范工程。2023年6月,国家能源集团泰州电厂CCUS项目完成满负荷试运行,试运行期间系统安全可靠,能效指标、产品品质均达到或优于设计值。该项目二氧化碳捕集量达50万吨/年,可实现100%消纳,已稳定运行超700天,是现阶段“捕集规模最大、综合指标最优、消纳利用最全、连续运转最长”的煤电碳捕集项目,引领全球碳捕集行业规模化快速发展。
同时,我国还在全球首次实现现代煤化工和大型油气田开采之间的绿色减碳合作。国家能源集团宁夏煤业将全球单套装置规模最大的400万吨/年煤炭间接液化项目排放的CO_2气体进行捕集,由长庆油田进行驱油封存。该项目2023年5月全面开工建设,2024年10月碳捕集一期工程10万吨/年工业级生产流程建成投运。
在江苏华电句容发电有限公司厂区内,一座现代化的碳捕集设施矗立,这是国内首台百万千瓦机组脱碳示范工程——句容发电碳捕集项目。自2019年正式运行以来,该公司的碳捕集项目已累计捕集二氧化碳超过60000吨,相当于每年植树造林4000余亩。中国华电集团江苏句容公司党建部主任宋洪军说,目前该公司碳捕集液态二氧化碳产量大于1.3吨/小时,碳捕集效率达90%以上。
据不完全统计,我国已规划、建设和运行中的CCUS项目有120多个,涵盖电力、油气、化工、水泥、钢铁等多个行业,具备二氧化碳捕集能力约500万吨/年。10万吨级及以上项目超过50个,多个百万吨级以上项目正在建设。其中,电力行业示范项目超过20个。
挑战机遇并存
“CCUS所有环节(包括运输)中,捕集的成本占比最高。吸收剂稳定性及捕集能耗是影响碳捕集产业化发展的关键因素。”徐冬认为,我国CCUS产业发展正呈现出规模化和集群化的发展趋势,加速向全流程、一体化、规模化和区域产业集群式方向发展。到2030年有望实现现有技术产业化,到2035年新型技术形成产业化能力,到2050年负排放技术得到广泛商业化应用,到2060年形成CCUS产业集群新业态。
徐冬说,当前CCUS产业仍面临成本高企的问题,需进一步推动技术进步与产业提升以降低运行成本。另一核心困境在于形成一体化产业链。现有CCUS技术发展逐步趋于成熟,但产业链协同差,各环节脱节。企业间合作少,缺乏一体化运营模式,导致产业碎片化。
据介绍,国外一些国家正在探索不同的CCUS商业模式,包括单一投资、联合投资、第三方运营商服务等商业模式。但我国CCUS商业模式探索缺乏经验,建成的CCUS项目大多采用“单一企业运营CCUS全部环节”的商业模式。采用这种模式,各环节容易协调,易达成一致性意见,项目推进较顺利,但投资大、风险高,限制了各行业间的协作,不利于CCUS成本降低和规模化发展。
徐冬建议,加强CCUS产业发展顶层设计,构建绿色低碳产业新格局。加强规模化CCUS核心技术和装备攻关,谋划布局前沿碳捕集及负碳减排技术。开展规模化二氧化碳陆地封存,建设百万吨级二氧化碳封存示范。加速推进CCUS产业集群建设,带动CCUS技术产业化发展。同时,优化资源配置与人才培养,提升创新效能等。
