CCUS技术在“双碳”进程的地位与作用

　　——专访中国工程院院士、中国石化集团原副总工程师李阳

　　◎  特约记者 张立宽

　　核心提示：

　　CCUS技术是CCS（Carbon Capture and Storage，碳捕获与封存）技术的新发展，即把生产过程中排放的二氧化碳进行捕集，继而投入到新的生产过程中，实现循环再利用，而不是简单地封存。与CCS相比，CCUS不但可以将二氧化碳资源化，能产生经济效益，更具有现实操作性。对于我国来说，我们碳减排时间紧，减排强度大，化石能源占比高，因此必须采用组合技术保障目标实现，同时在与新能源优化组合方面，CCUS可以使化石能源与新能源实现竞合关系，化石能源+CCUS与新能源互补，为经济社会发展、能源安全和“双碳”目标实现提供支撑。

　　自“双碳”目标提出一年多以来，从中央到地方围绕双碳目标出台了一系列政策和措施，各地方各行业各企业也围绕“双碳”大力推动科技进步，实现创新发展，并积极制定自己的时间表和路线图，中国正在推进一场广泛而深刻的经济社会系统性变革。

　　实现双碳目标不可能“毕其功于一役”，必须立足我国能源国情，特别是要在大力推进化石能源的清洁高效利用上做足文章。“CCUS”（碳捕获、利用与封存）技术对于化石能源节能减排和绿色低碳发展能起到什么作用？在实现“双碳”目标进程中能做出怎样的贡献？记者就此专访了中国工程院院士、中国石化集团原副总工程师李阳。

　　CCUS是实现“双碳”目标的关键技术

　　记者：CCUS对化石能源的减污降碳和清洁高效利用非常重要，也是应对全球气候变化的关键技术，越来越受到世界各国的高度重视。我国在这方面取得了突破性进展，但在大规模产业化利用方面还存在困难和瓶颈。您对此有何看法？

　　李阳：首先，从我国能源结构来看，2020年我国煤炭消费占比56.8%，石油占比18.9%，天然气占比8.4%，化石能源消费总量达到84.1%以上，远高于世界平均水平；从我国重工业产业结构来看，单位GDP能耗高，为3.4吨标煤/万美元，是世界平均水平的1.5倍，美国的2.2倍。西方发达国家早已碳达峰，欧洲从达峰到中和为63年，美国为43年，我们仅仅只有30年，时间紧任务重压力大。因此，必须对化石能源减污降碳加大技术创新推广力度。CCUS正是实现“双碳”目标必不可少的手段。

　　CCUS技术是CCS（Carbon Capture and Storage，碳捕获与封存）技术的新发展，即把生产过程中排放的二氧化碳进行捕集，继而投入到新的生产过程中，实现循环再利用，而不是简单地封存；与CCS相比，不但可以将二氧化碳资源化，能产生经济效益，更具有现实操作性。对于我国来说，我们碳减排时间紧，减排强度大，化石能源占比高，因此必须采用组合技术保障目标实现；同时在与新能源优化组合方面，CCUS可以使化石能源与新能源实现竞合关系，化石能源+CCUS与新能源互补，为经济社会发展、能源安全和“双碳”目标实现提供支撑。

　　根据联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）第五次气候变化评估报告，如果不采用CCUS技术，全球减排成本将成倍增加，增幅高达138%；电力行业如果不进行CCUS投资，到2050年总减排成本将至少增加2万亿美元，CCUS技术的大规模部署可以避免大量基础设施建设的成本搁浅。

　　CCUS可以实现煤电的减排。我国拥有世界上最年轻的煤电机组存量，2020年总装机达12.5亿千瓦，服役年限平均仅11.6年，超临界、超超临界等先进机组占比超过55%；煤电“退役”将导致设备投入归零，还需投入拆迁费用及职工安置等大量成本。

　　CCUS还是钢铁、水泥等难以完全脱碳行业实现净零排放的必然选择。据国际能源署报告，预计到2050年钢铁行业采取工艺改进、效率提升、能源和原料替代等常规减排方案后，仍然剩余34%的碳排放量，就算氢能直接还原铁技术取得重大突破，剩余碳排放量也超过8%；水泥行业采取常规减排方案后，仍剩余48%的碳排放量。因此，可以说CCUS也是这些行业净零排放的必然选择。

　　CCUS技术在碳达峰后“碳中和”的地位和作用

　　记者：CCUS技术在“碳中和”阶段将起到怎样的作用？中国石化近年来在CCUS技术上取得哪些重要突破？

　　李阳：目前，CCUS技术的定位已由单纯的二氧化碳减排技术，变为支撑能源安全和经济发展的重要战略性技术，将为全球能源行业的转型提供技术支撑。

　　我们课题组在研究实践中建立了能源生产、消费及CCUS之间的交互关系模型，综合考虑我国能源结构、技术条件、产业结构以及数据来源等因素，构建出CCUS固碳的计算方法和模型，对CCUS在我国碳中和的地位和贡献进行评价。根据技术的发展情况，2030年碳达峰后CCUS技术将进入大规模应用阶段，并且随着捕集技术的进步，成本将大幅度下降。预计到2060年，CCUS技术减排贡献量10.4亿吨。

　　中国石化较早地开展了二氧化碳捕集、利用与埋存技术研究与示范，目前已进入全技术链研发和大规模示范阶段。整体研究思路是围绕捕集、输送、利用、封存和安全性五个维度进行系统性研究，已经取得了一系列重要成果。

　　首先是形成三种主要排放源捕集技术，并进行了示范应用，技术水平与国际同步，具备了良好的应用前景。一是燃煤电厂烟气低浓度捕集技术。燃煤电厂是我国主要的排放源，占碳排放总量的43%，浓度低（14%），捕集难度大。中国石化胜利燃煤电厂采用新型吸收剂和能量梯级利用技术，在2010年建成捕集规模4万吨/年。二是炼化厂尾气二氧化碳捕集技术。炼化厂占我国碳排放总量的4.8%，排放浓度14.11%，中国石化中原炼化厂尾气二氧化碳捕集技术2015年建成，捕集规模10万吨/年。三是气田高碳天然气捕集技术。中国石化松南长岭气田营城组二氧化碳含量21%~32%，需脱碳后清洁使用（标准二氧化碳含量小于3%），项目2009年建成，捕集规模50万吨/年。

　　二是形成了低渗透、高含水油藏驱油、封存技术。这两类油藏是我国增储上产的重要领域。2020年，低渗透油藏动用储量和年产油量约占全国总量的23%和25%，近年来新增储量占总探明储量65%以上。二氧化碳驱油技术解决了低渗透油藏注水开发“注不进、采不出”难题，有效推进了增储上产；高含水老油田占全国总产油量的60%以上，二氧化碳驱具有“透水替油”作用，有效驱替高含水油藏剩余油，延长油田的生命周期。通过近年来的攻关，已形成了二氧化碳驱油埋存的配套技术，并建立了碳封存潜力评价及减碳核查、全生命周期安全评价技术，实现了增油与封存的“双赢”。据研究，我国适合二氧化碳驱油地质储量近200亿吨，可以增加原油产量超过20亿吨，埋存二氧化碳超过100亿吨，在增产原油保障国家油气供给安全同时，也实现了二氧化碳的埋存。这些增加的原油在其开采、加工、利用和运输过程中排放的二氧化碳小于埋存的，因此可以说是绿油。

　　三是二氧化碳矿化转化技术。其具有多种应用场景，既可以对固废处理利用，也可以进行特殊资源提取，在实现碳减排的同时，实现固废资源化利用和高值化产品生产。中石化在普光气田开发了二氧化碳矿化磷石膏技术，将普光气田产生尾气中的二氧化碳与磷石膏反应，转化为碳酸钙和硫基复合肥，实现磷石膏中钙、硫资源的高值化回收利用。

　　从目前技术发展来看，CCUS已经具备了大规模应用到各行业中的技术可行性。碳捕集方面，已形成针对不同浓度排放源的捕集技术，技术成熟、成本下降，在煤电、石化、水泥及钢铁等行业开展了大量示范应用；驱油利用方面，是目前最为经济可行的大规模的利用和埋存方式，技术已经成熟（美国二氧化碳驱提高采收率产量每年超过1500万吨，其中来自工业的气源已超过1000万吨，占总量的30%）；碳封存方面，开展了百万吨级咸水层埋存示范（挪威Sleipner项目已累计埋存2000万吨）；碳利用方面，化工利用和生物利用新技术不断涌现；另外，工程化、规模化项目快速增长。可以预见，随着CCUS技术快速发展和“碳达峰、碳中和”目标的驱动，CCUS的应用将迎来新的快速发展阶段。

　　要下大力气加快CCUS产业化发展

　　记者：煤电、油气、煤化工、石油化工等行业具有CCUS发展的优势条件，但目前还存在能耗高、减排成本高等一系列瓶颈问题。如何进一步研发低能耗、低成本捕集技术，加快产业化发展、实现变害为宝和规模化应用？

　　李阳：首先，化石能源行业具有发展CCUS的先天优势条件。比如，油气行业可以建成大规模的封存利用中心。含油气盆地驱油增油和咸水层封存具有大的潜力，近中期以驱油封存为主、中长期将规模进行咸水层封存。在这个过程中，要进一步发展驱油-埋存的优化技术，最大化的增加原油产量，预期提高采收率达到15%~20%，优化封存方法，实现最大化的封存量。同时，要开展咸水层注入与封存技术研究和示范。在商业模式方面，以含油气盆地为中心，成立多行业、多产业联合的二氧化碳捕集、运输和注入运营企业。

　　其次，加大低能耗、低成本捕集技术研发力度。近年来，国家对化石能源清洁高效利用支持力度越来越大，再加上未来考核机制将逐步由“能耗双控”向着“碳排放双控”转变，预期2030年前后将产生新一代低成本技术，特别是低浓度排放源捕集技术（即浓度小于15%，占比85%）。课题组研究预测，通过药剂研发、工艺优化和设备改进，再生能耗降和捕集成本有望实现大幅度下降。同时应开展空气捕集技术的研发，在研发思路上，不能走“引进、消化、吸收、再创新”的后发之路，必须加强原始创新和自主创新，引领行业技术进步。

　　当前，要重点解决制约CCUS产业化的关键因素，包括成本与投资高昂、商业化模式不明晰、项目示范经验缺乏、政策法规体系和金融机制不完善等问题。

　　我认为要从三个方面进行重点突破。一是技术研发方面。要加大低成本、低能耗捕集技术研发攻关力度；加大力度高效率化学转化利用技术研发攻关力度；要建立关于CCUS产业化发展的标准体系。二是工程示范领域。要建设规模化多种技术组合的全流程工业示范工程，打造含以油气盆地或经济区域为中心的CCUS特色商业模式。三是政策支持方面。希望国家有关部门制定CCUS产业发展规划、培育和扶持政策，提供直接或间接专项资金支持，把CCUS纳入二氧化碳减排量认证及国家碳排放交易体系，建立碳信用交易系统等。

　　党和政府高度重视碳达峰碳中和工作，并为实现“双碳”目标做出的一系列顶层设计和政策安排，提出要科学考核、狠抓绿色低碳技术攻关。相信随着这些政策和制度的落地见效，将大大推进CCUS的技术进步和产业化发展，为助力碳达峰碳中和的宏伟目标做出应有的贡献。