6月2日，國家能源集團泰州電廠二氧化碳捕集利用封存項目完成滿負荷試運行，標志著亞洲最大的火電CCUS項目正式投產(chǎn)！

CCUS技術(shù)是化石能源低碳利用的唯一技術(shù)選擇，也是鋼鐵水泥等難減排行業(yè)的可行方案。今天我將為朋友們深度梳理CCUS技術(shù)類型、技術(shù)商業(yè)化面臨的挑戰(zhàn)、市場前景等內(nèi)容。

我整理了一套CCUS干貨，包括項目匯總、實用標準、專家PPT等內(nèi)容，強烈推薦大家下載后結(jié)合文章閱讀。

下載全套資料，請在后臺回復“0731”，查看下載方式。

01

CCUS干貨

1、國內(nèi)外CCUS項目匯總Excel表

本表匯總了56個CCUS項目的最新進度，包含項目名稱、實施單位、所屬集團、預算、CO2捕集能力、項目情況、技術(shù)路勁、進度等內(nèi)容?？梢詭椭蠹腋鼮橹庇^的了解目前我國CCUS項目的發(fā)展趨勢。

2、二氧化碳捕集利用與封存術(shù)語

這是國內(nèi)首部CCUS領(lǐng)域團體標準，二氧化碳捕集、運輸、利用和地質(zhì)封存等全流程涉及的主要用語進行了定義或規(guī)范，也界定了CCUS項目實施過程中涉及的監(jiān)測、計量和CCUS風險方面的術(shù)語。

3、二氧化碳捕集與利用技術(shù)研究及工程示范.PPT

PPT來自華能集團，對CCUS技術(shù)定位、減排貢獻、產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀、工程示范案例等方面內(nèi)容進行講解，并得出結(jié)論：雖然目前碳封存技術(shù)已有多個大型驗證項目，但如何降低能耗和成本仍是CCUS的研究重點。

4、CCUS技術(shù)與工程實踐.PPT

PPT對雙碳目標下CCUS的重要意義、現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)、華能CCUS技術(shù)研發(fā)與工程項目等多項內(nèi)容進行了講解，并得出以下結(jié)論：

CCUS是我國構(gòu)建新型電力系統(tǒng)，實現(xiàn)雙碳目標不可或缺的戰(zhàn)略性技術(shù)；

我國在CCUS領(lǐng)域有一定基礎(chǔ)，但在大規(guī)模全流程CCUS工程示范方面與國外差距較大，仍需進一步降低能耗和成本；

華能正在開展大規(guī)模CCUS技術(shù)研發(fā)與工程示范，帶動捕集、輸送、驅(qū)油、封存和監(jiān)測等核心技術(shù)突破；

建議出臺CCUS財稅激勵政策和標準體系，建立重大示范工程全生命周期成本分攤機制。

02

CCUS技術(shù)分類

CCUS是把生產(chǎn)過程中排放的二氧化碳進行捕獲提純，繼而投入到新的生產(chǎn)過程中進行循環(huán)再利用或封存的一種技術(shù)，分為捕集、輸送、利用與封存四個環(huán)節(jié)。

CCUS技術(shù)流程（圖片來源：DeepTech）

一、捕集

CO?捕集技術(shù)是指將電力、化工等行業(yè)利用化石能源時產(chǎn)生的CO?進行收集和分離的過程，該環(huán)節(jié)是CCUS系統(tǒng)耗能和成本產(chǎn)生的主要環(huán)節(jié)。按照分離流程，捕集技術(shù)可劃分為3個方向:燃燒前捕集、富氧燃燒捕集、燃燒后捕集。

1、燃燒前捕集技術(shù)包括整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電（IGCC）和工業(yè)分離兩大類。

IGCC是將煤炭、生物質(zhì)、石油焦等燃料進行氣化，凈化后的氣體用于燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電的技術(shù)；工業(yè)分離是指煤制油、煤制氣、天然氣處理、水泥、甲醇、化肥等產(chǎn)業(yè)中進行CO?分離。

2、燃燒后捕集技術(shù)主要是在燃煤發(fā)電廠采用物理化學方法對燃燒后煙道氣中的CO?進行捕集。

該技術(shù)發(fā)展相對成熟，中國華能集團有限公司、國家能源集團在該領(lǐng)域處于領(lǐng)跑地位，已建成數(shù)套10×10?t級捕集裝置。

3、富氧燃燒捕集技術(shù)是利用高純度的O?代替空氣，與化石燃料以及燃燒后返回的部分高濃度CO?一起進入燃燒室燃燒，生成以水蒸氣、CO?、SO?、NOx和顆粒物為主的煙氣，顆粒物和SO?可分別通過傳統(tǒng)的靜電除塵器和煙氣脫硫方法去除，剩余煙氣中的CO?濃度很高，體積分數(shù)一般為80%～98%，易于捕集。

相較而言，燃燒后捕集技術(shù)具有較高的選擇性和捕集率，且該技術(shù)中國與發(fā)達國家間差距不大，是目前應(yīng)用較為廣泛且成熟的捕集技術(shù)。

根據(jù)不同碳捕捉技術(shù)的特性可以看出，燃燒前捕集和富氧燃燒需要合適的材料和操作環(huán)境來滿足高溫要求，這兩種技術(shù)的研究與開發(fā)和示范項目較少

除了以上三種對化石燃料和工業(yè)過程產(chǎn)生的二氧化碳進行捕集的傳統(tǒng)CCUS捕集技術(shù)。

近年來，生物質(zhì)能-碳捕集（BECCS）技術(shù)和空氣碳捕集（DACCS）技術(shù)也取得了一定的發(fā)展。生態(tài)環(huán)境部環(huán)境規(guī)劃院按照可持續(xù)發(fā)展情景估計，到2070年，生物質(zhì)能和空氣碳捕集途徑占比將進一步上升，從2050年的19.6%上升至36.2%。

生物質(zhì)能-碳捕集與封存（BECCS）技術(shù)利用植物的光合作用，結(jié)合生物質(zhì)能和CCUS來實現(xiàn)溫室氣體負排放，將大氣中的二氧化碳轉(zhuǎn)化為有機物，并以植物生物質(zhì)的形式積累存儲下來，在長期緩解二氧化碳排放方面具有明顯優(yōu)勢，在全球范圍內(nèi)具有可觀的碳潛力。

直接空氣碳捕捉（DACCS），指利用化學反應(yīng)，將空氣中的碳提取出來，當空氣經(jīng)過裝有液體溶劑或固體吸附劑（均為常見的化學品）的裝置時，二氧化碳會留在溶劑或吸附劑中，而其他成分則離開裝置回到空氣中。

CO?捕集技術(shù)成熟度

二、運輸

我國CO?運輸主要有公路罐車運輸和管道運輸。

其中，公路罐車具有運輸靈活、可利用現(xiàn)有公路系統(tǒng)、前期投資少等優(yōu)勢，但其運力低、單位成本高、擠占道路資源、易產(chǎn)生安全事故，主要適用于小規(guī)模、短距離、非連續(xù)性陸上運輸?shù)腃CUS示范項目。

管道運輸具有運量大、運輸距離遠、可實現(xiàn)連續(xù)性運輸、運輸成本相對較低、受外界干擾影響小、擠占社會公共資源少等優(yōu)勢，是目前國際陸上大規(guī)模CCUS項目最主要的運輸形式。但其前期投資高昂，受地形影響大，需要超前規(guī)劃。

我國現(xiàn)有CCUS試點示范項目基本都采用公路罐車運輸方式，現(xiàn)有商業(yè)化和示范項目中已建成CO?運輸管道3條，累計長度約80公里，分別是吉林油田EOR項目CO?運輸管道、華東油田EOR項目CO?運輸管道和勝利油田EOR項目CO?運輸管道。

三、利用

CO?的資源化利用方式主要有：化工利用、生物利用和礦化利用。

CO?的化工利用是指以CO?為原料，與其他物質(zhì)發(fā)生化學轉(zhuǎn)化，產(chǎn)出附加值較高的化工產(chǎn)品，如甲醇、碳酸鹽、乙酸、乙醇等。

CO?生物利用技術(shù)是指，通過模擬自然界中植物和微生物等的自然光合作用過程，設(shè)計和構(gòu)建出全新的人工光合體系與路徑，從而將CO?更加高效地轉(zhuǎn)化為合成化學品和農(nóng)業(yè)產(chǎn)品。

CO?礦化封存技術(shù)是指模仿自然界CO?礦物吸收過程，利用天然硅酸鹽礦石或固體廢渣中的堿性氧化物，如CaO、MgO等將CO?化學吸收轉(zhuǎn)化成穩(wěn)定的無機碳酸鹽的過程。

二氧化碳轉(zhuǎn)化與利用始終是CCUS技術(shù)創(chuàng)新突破難點，全球范圍都將研發(fā)力量集中在該環(huán)節(jié)。

只有少數(shù)技術(shù)(如強化采油和浸采采礦技術(shù))發(fā)展較快，已進入商業(yè)化應(yīng)用階段，其余大部分技術(shù)仍屬于研發(fā)或工業(yè)示范階段，距離規(guī)模化落地仍有一定距離。

四、封存

碳封存技術(shù)是指通過工程技術(shù)手段將捕集的CO?注入深部地質(zhì)儲層，實現(xiàn)與大氣長期隔絕的技術(shù)，封存方式分為陸上封存和海上封存。

油藏可以作為CO?封存的較為理想的場所，在油田開發(fā)過程中注入CO?，一部分氣體溶解或者擴散到原油和地層水當中，還有一部分與巖石反應(yīng)沉積在油藏中。

CO?強化采油技術(shù)已進入商業(yè)應(yīng)用，該技術(shù)在實現(xiàn)封存CO?的同時可以提高石油采收率，額外采出的原油所實現(xiàn)的經(jīng)濟效益可以有效降低CCUS項目的成本，每注入1t CO?可產(chǎn)出0.1～0.6t原油。由于油氣藏具有完整的地質(zhì)資料和基礎(chǔ)設(shè)施等有利條件，在油田開展CCUS是當下大規(guī)模推廣CCUS的主流方向。

03

CCUS技術(shù)商業(yè)化應(yīng)用面臨挑戰(zhàn)

然而，目前CCUS技術(shù)面臨著成本高、商業(yè)模式不明確、政策支持不足等挑戰(zhàn)，需要通過多種途徑降低成本、探索商業(yè)模式、加強政策支持，推動其實現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用。

1、CCUS高成本、弱盈利，制約了其規(guī)?；l(fā)展

CCUS的成本受多種因素影響，包括資本成本、能源和材料價格、工廠位置、碳定價等政策經(jīng)濟因素，以及CO?氣源濃度、氣體雜質(zhì)等技術(shù)因素。就CCUS全流程而言，捕集是CCUS成本最高的環(huán)節(jié)，一般占項目總成本的60%-80%。捕集成本通常與CO?氣源濃度相關(guān)，CO?濃度越高，捕集成本越低。

不同行業(yè)和技術(shù)路徑下的 CO? 捕集成本

此外，不同技術(shù)路徑的捕集成本差異明顯，以發(fā)電行業(yè)為例，燃氣機組的捕集成本為68~117美元/噸，而超臨界煤電中的CO?捕集成本則相對較低，為51~68美元/噸。

CCUS項目需要大量資金投入，投資額動輒數(shù)千萬元至數(shù)億元的規(guī)模。在巨大的投資和成本壓力下，企業(yè)往往不敢大膽投入CCUS研發(fā)和示范。若無法實現(xiàn)經(jīng)濟收益，將嚴重影響企業(yè)開展CCUS示范項目的積極性，制約CCUS產(chǎn)業(yè)化和規(guī)?；l(fā)展。

2、國內(nèi)CCUS的商業(yè)模式尚未完善，阻礙了其產(chǎn)業(yè)化發(fā)展

CCUS的商業(yè)模式指的是把CCUS開發(fā)、建設(shè)和運營等內(nèi)外要素整合起來，形成一個完整、高效且具有獨特競爭力的運行模式，從而為CCUS投資者創(chuàng)造價值。目前，CCUS項目的商業(yè)模式可主要分為四類（圖2）。最為常見的商業(yè)模式為垂直一體化模式，即由單一企業(yè)（通常為大型油氣公司）投資捕集、運輸和封存服務(wù)，這種模式能降低各方合作不暢的風險，但在一定程度上限制了企業(yè)間、行業(yè)間的協(xié)作。

CCUS項目的商業(yè)模式類型

然而，目前國內(nèi)CCUS各環(huán)節(jié)的專業(yè)企業(yè)數(shù)量較少，且全產(chǎn)業(yè)鏈CCUS項目商業(yè)模式單一。超過50%的CCUS全流程項目為中國石油、中國石化、中海油、延長石油等大型石油企業(yè)自行投資建設(shè)的垂直一體化模式。只有少數(shù)項目采用其他商業(yè)模式。

國內(nèi) CCUS 商業(yè)模式代表性項目

3、CCUS缺乏政策支撐，增加了其技術(shù)發(fā)展的風險

目前，全球部分發(fā)達國家已經(jīng)出臺了CCUS的專項支持政策，以促進CCUS項目的推進。

全球部分國家CCUS支持政策

盡管國家出臺了大量與CCUS相關(guān)的鼓勵政策，但CCUS的潛在商業(yè)能力仍不足?，F(xiàn)有的政策缺乏具有約束力的法律和法規(guī)，并缺乏實質(zhì)性的激勵政策，如稅收減免、優(yōu)惠貸款、關(guān)稅補貼政策和配額政策。

04

CCUS市場前景

按照CCUS產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)的組合關(guān)系，可將CCUS項目模式分為3類：

捕集-利用型（CU型）：將捕集的二氧化碳進行直接應(yīng)用，主要為化工利用和生物利用。

捕集-運輸-埋存型（CTS型）：將捕集的二氧化碳通過罐車或管道等方式輸送至目的地，并進行地質(zhì)封存，例如神華在內(nèi)蒙古開展的咸水層封存示范工程。

捕集-運輸-利用-埋存型（CTUS型）：利用方式主要為二氧化碳驅(qū)油。

目前，我國運行及在建CCUS項目多為CU型，完整產(chǎn)業(yè)鏈的CTUS型相對較少，主要集中在電力行業(yè)與重工業(yè)。

據(jù)北京理工大學能源與環(huán)境政策研究中心預測，2060碳中和目標下，我國需要通過CCUS技術(shù)完成約175億-315億噸的累計減排任務(wù)。

其中，火電行業(yè)是CCUS發(fā)揮作用的主陣地，約能減排160億-285億噸，非電行業(yè)如鋼鐵、水泥、化工等重工業(yè)約可減排15億-30億噸。

一、電力

1、火電

火電行業(yè)是當前中國CCUS示范的重點，預計到2025年，煤電二氧化碳減排量將達到600萬噸/年，2040年達到峰值、為2~5億噸/年。氣電CCUS的部署也將逐漸展開，于2035年達到峰值后保持不變，當年減排量為0.2~1億噸/年。

在中國預計到2050年仍將有大約9億千瓦燃煤電廠在運行，CCUS技術(shù)的部署有助于充分利用現(xiàn)有的煤電機組，適當保留煤電產(chǎn)能、避免一部分煤電資產(chǎn)提前退役而導致資源浪費。

現(xiàn)役先進煤電機組結(jié)合CCUS技術(shù)實現(xiàn)低碳化利用改造是釋放CCUS減排潛力的重要途徑。燃煤電廠加裝CCUS可以捕獲90%的碳排放量，使其變?yōu)橐环N相對低碳的發(fā)電技術(shù)。技術(shù)適用性標準和成本是影響現(xiàn)役煤電機組加裝CCUS的主要因素。

2、可再生能源發(fā)電

太陽能和風能將成為全球最大和最便宜的電力來源，但仍然需要其他技術(shù)來實現(xiàn)低成本的電力系統(tǒng)。來自可變可再生能源的電力比例不斷增加，促使人們更加需要 "按需 "使用的容量，以確保電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

裝備了CCUS的燃煤或燃氣發(fā)電廠可以提供這種能力，并在任何時候供電，無論是在晚上還是在靜止的日子。在可再生能源發(fā)電量季節(jié)性變化較大的地區(qū)，配備CCUS的發(fā)電廠特別有價值。少數(shù)能夠管理這些變化的替代品，如大規(guī)模儲氫，目前比CCUS更昂貴。

二、重工業(yè)

1、水泥

水泥行業(yè)的生產(chǎn)過程中，石灰石分解產(chǎn)生的二氧化碳排放約占水泥行業(yè)總排放量的60%，CCUS是水泥行業(yè)脫碳的必要技術(shù)手段。

2、鋼鐵

鋼鐵行業(yè)的生產(chǎn)工藝以排放量較高的高爐-轉(zhuǎn)爐法為主，高爐-轉(zhuǎn)爐法煉鋼約89%的能源投入來自煤炭，導致中國噸鋼碳排放較高?；贑CUS的生產(chǎn)路線是目前最先進和成本最低的低碳選擇，可以應(yīng)用于鋼鐵行業(yè)的許多方面，主要包括氫還原煉鐵技術(shù)中氫氣的產(chǎn)生以及煉鋼過程。

3、石化和化工

石化和化工行業(yè)是二氧化碳的主要利用領(lǐng)域，通過化學反應(yīng)可將二氧化碳轉(zhuǎn)變成其他物質(zhì)，然后進行資源再利用，主要集中在天然氣加工廠、煤化工廠、氨/化肥生產(chǎn)廠、乙烯生產(chǎn)廠、甲醇乙醇生產(chǎn)廠等等。相較于其他低濃度排放源、石化和化工行業(yè)捕集能耗低、投資成本與運行維護成本低，為早期 CCUS示范提供了低成本機會。

目前，我國CCUS出于示范階段，已具備大規(guī)模捕集利用與封存CO2的工程能力，涉及行業(yè)廣泛，但缺少大型項目。據(jù)統(tǒng)計，中國已投運或建設(shè)中的CCUS示范項目約為40個，項目遍布19個省份，捕集源的行業(yè)和封存利用的類型呈現(xiàn)多樣化分布，捕集能力300萬噸/年。中國CCUS發(fā)展年度報告指出，碳中和目標下我國2030年 CCUS 減排需求為0.2億~4.08 億噸，市場規(guī)模將突破千億。