: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0.45‰二氧化碳當量的成本會增加138%。

我國在提高能效和發展清潔能源方面的進展已經居于世界前列，政府在調整產業結構、優化能源結構、節能提高能效、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《巴黎協定》中承諾2030年碳強度下降60%~65%的目標，還需要持續開展煤炭的清潔高效利用、節能減排和堅持綠色和諧的可持續發展道路等各方面的工作才能實現。

CCS作為重要的減排技術，是我國踐行低碳發展戰略的重要技術選擇，實現綠色發展至關重要。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在我國的研究和發展。由于CCS技術其前沿的技術體系和巨大的工程規模，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個環節的基礎上增加了CO2利用的環節，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在中國的應用和發展， 與其相關的各種研究，如捕集技術優化、項目環境監測、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項目的發展現狀和趨勢進行了分析，闡述了其面臨的經濟、技術、環境和政策等方面的問題和挑戰，最后總結出CCUS在我國的發展前景。

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、燃煤發電、煤化工等行業的優化發展能起到明顯的推進作用，對世界能源供給也具有戰略意義。CCUS與其他二氧化碳減排技術的優缺點比較如 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、煙氣再循環技術。其中燃燒前捕集技術只能用于新建發電廠，另兩種技術則可同時應用于新建和已投產的發電廠、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與環氧化物共聚生產的高聚物；通過CO2轉化為CO，從而發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產能規模每翻一番，成本將有望下降10%~20%。

2我國 CCUS發展現狀和趨勢

2.1我國 CCUS 發展現狀

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 發展趨勢和目標

CCUS作為一項有望實現化石能源大規模低碳利用的技術，是我國未來減少CO2排放、保障能源安全和實現可持續發展的重要手段。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，為經濟可持續發展提供技術支撐。根據中國21世紀議程管理中心資料，整理后的CCUS技術在我國發展趨勢和目標如表5所示。

3發展CCUS面臨的挑戰

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

3.1經濟方面的挑戰

發展CCUS面臨的最大挑戰是示范項目的成本相對過高。現有技術條件下，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，但企業在投資巨額費用后，卻無法實現減排收益，這嚴重影響著企業開展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

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，但整體仍處于研發和實驗階段，而且項目及范圍都太小。雖然新建項目和規模都在增加，但還缺少全流程一體、更大規模的可復制的經濟效益明顯的集成示范項目。另外，受現有的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 環境方面的挑戰

CCUS捕集的是高濃度和高壓下的液態CO2，如果在運輸、注入和封存過程中發生泄漏，將對事故附近的生態環境造成影響，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境影 響和環境風險的不確定性，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項目在環境監測、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

目前，我國針對CCUS示范項目的全流程各個環節均有相關法律法規可供參考，但尚無針對性的專項法律法規，這導致企業開展CCUS示范項目的積極性不高。從現有政策來看，國家對于發展CCUS持鼓勵態度，主要以宏觀的引導和鼓勵為主，并沒有針對CCUS發展有具體財稅支持。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境風險評估、監控等方面同樣缺乏相關的法律法規。

4討論

整體來看，CCUS減排潛力大，可能實現零排放甚至負排放，其通過EOR、ECBM等 CO2利用方式促進其他相關行業發展，作為一種發展中的很有前途的新技術，CO2 的工業利用也極具前景。但受制于經濟、技術、環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，大規模化發展CCUS項目的時機還不成熟。建議政府層面制定CCUS發展規劃，探索有利于發展CCUS的財政政策，激勵企業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；企業層面一方面深化與歐美發達國家的合作交流，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。