CCUS是將“碳負(fù)債”轉(zhuǎn)化為“碳收益”的主要技術(shù)之一,具有社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益雙贏特性,已獲得國(guó)際社會(huì)的普遍認(rèn)同。
從全球來(lái)看,CCUS項(xiàng)目主要在美國(guó)、加拿大等國(guó)家率先開(kāi)展,特別是美國(guó)自20世紀(jì)50年代開(kāi)始進(jìn)行CCUS-EOR(二氧化碳提高石油采收率)項(xiàng)目研究后,目前已具備成熟的CCUS-EOR工業(yè)體系。21世紀(jì)以來(lái),美國(guó)、加拿大、澳大利亞、日本及阿聯(lián)酋等國(guó)家加速推進(jìn)二氧化碳捕集項(xiàng)目的工業(yè)化。
從國(guó)內(nèi)技術(shù)發(fā)展情況看,我國(guó)CCUS-EOR研究起步較早,石油企業(yè)及有關(guān)院校早在20世紀(jì)60年代就開(kāi)始探索二氧化碳驅(qū)油技術(shù),但因氣源、機(jī)理認(rèn)識(shí)、裝備等
問(wèn)題,產(chǎn)業(yè)化發(fā)展滯后。進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái),國(guó)家和石油企業(yè)相繼設(shè)立CCUS-EOR重大科技攻關(guān)和示范工程項(xiàng)目,大大推動(dòng)了關(guān)鍵技術(shù)的突破和礦場(chǎng)試驗(yàn)的成功。
在“雙碳”背景下,CCUS技術(shù)作為國(guó)際公認(rèn)的大規(guī)模直接
減排技術(shù),是國(guó)家
碳中和目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的重要支撐,其戰(zhàn)略重要性進(jìn)一步得到確認(rèn),2020年以來(lái)我國(guó)的CCUS示范項(xiàng)目數(shù)量明顯增多。2022年8月,國(guó)內(nèi)首個(gè)百萬(wàn)噸級(jí)CCUS項(xiàng)目齊魯
石化-勝利油田項(xiàng)目建成投產(chǎn),標(biāo)志著我國(guó)CCUS產(chǎn)業(yè)進(jìn)入技術(shù)示范中后段——成熟的商業(yè)化運(yùn)營(yíng),為大規(guī)模開(kāi)展CCUS項(xiàng)目建設(shè)提供了更豐富的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)數(shù)據(jù)。
近年來(lái),我國(guó)CCUS技術(shù)快速發(fā)展,構(gòu)建了碳捕集、利用與封存全流程技術(shù)體系,形成了不同濃度排放源的二氧化碳捕集技術(shù),并在煤電、石化、
水泥及
鋼鐵等行業(yè)開(kāi)展了大量示范應(yīng)用。據(jù)統(tǒng)計(jì),截至2024年8月,我國(guó)已投運(yùn)CCUS項(xiàng)目67個(gè),包括61個(gè)投運(yùn)中項(xiàng)目和6個(gè)間歇運(yùn)行項(xiàng)目。
從在運(yùn)行的CCUS項(xiàng)目碳利用或封存方式來(lái)看,提高石油采收率(EOR)是最主要、技術(shù)最成熟的碳利用方式。有22個(gè)已投運(yùn)項(xiàng)目明確其將捕集的二氧化碳用于提高石油采收率,其中17個(gè)CCUS項(xiàng)目將捕集的二氧化碳僅用于EOR。規(guī)模最大的EOR項(xiàng)目為齊魯石化-勝利油田二氧化碳捕集利用與封存全流程項(xiàng)目。國(guó)內(nèi)二氧化碳生物利用方式主要為二氧化碳微藻養(yǎng)殖并制備高附加值產(chǎn)品。廣東能源湛江生物質(zhì)電廠煙氣微藻固碳工程示范是國(guó)內(nèi)首個(gè)生物質(zhì)電廠原始煙氣微藻固碳工程示范。二氧化碳礦化利用的方式為利用其處理固廢生產(chǎn)碳酸鈣、石膏、養(yǎng)護(hù)混凝土砌塊等材料,代表性項(xiàng)目為2023年京博集團(tuán)建成的全球首個(gè)10萬(wàn)噸級(jí)二氧化碳直接利用CCUS示范項(xiàng)目。該項(xiàng)目利用鋼鐵、
電力、水泥等行業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的鋼渣、鎂渣、爐渣、電石渣等大宗固廢,在不借助外部熱源、不使用任何水泥的條件下與企業(yè)脫硫脫硝、合格外排的二氧化碳煙氣發(fā)生礦化反應(yīng),每噸碳礦化材料吸碳固碳0.3~0.5噸,形成快速捕碳固碳的多功能負(fù)碳材料產(chǎn)品。還有15個(gè)已投運(yùn)的CCUS項(xiàng)目用途為綜合性的,包括EOR、礦化利用、制化學(xué)品、食品加工、食品冷鏈、生產(chǎn)氮肥、氣焊保護(hù)等用途。此外,有9個(gè)CCUS項(xiàng)目未公布捕集的二氧化碳的用途。
從CCUS技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域看,我國(guó)CCUS示范項(xiàng)目行業(yè)覆蓋面不斷擴(kuò)大,目前國(guó)內(nèi)已建成的CCUS示范項(xiàng)目的二氧化碳捕集源已涵蓋電力、油氣、
化工、水泥、鋼鐵等多個(gè)行業(yè)。其中,電力行業(yè)和化工行業(yè)示范項(xiàng)目已超過(guò)20個(gè)。此外,還有超過(guò)40個(gè)規(guī)劃和投運(yùn)中的示范項(xiàng)目來(lái)自油氣、煤化工、石油化工、乙醇制備和化肥生產(chǎn)等行業(yè)。
值得注意的是,近年來(lái)我國(guó)各領(lǐng)域CCUS項(xiàng)目建設(shè)投入雖日益增加,但相比美國(guó)等技術(shù)應(yīng)用發(fā)展領(lǐng)先國(guó)家,國(guó)內(nèi)CCUS項(xiàng)目建設(shè)規(guī)模偏小,導(dǎo)致目前全國(guó)在運(yùn)營(yíng)CCUS項(xiàng)目的碳捕集能力總和占全球比例僅為4.6%。
盡管CCUS是一種可行的減排技術(shù),但要實(shí)現(xiàn)商業(yè)利用還面臨諸多挑戰(zhàn)。首先,成本高、能耗高、效益差的問(wèn)題依然存在,亟須加強(qiáng)CCUS全技術(shù)鏈創(chuàng)新,突破捕集、利用的理論和技術(shù)瓶頸,加快低濃度排放源的低能耗、低成本捕集技術(shù)研發(fā)。其次,二氧化碳化工轉(zhuǎn)化利用技術(shù)、生物利用技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)有待突破。再次,CCUS產(chǎn)業(yè)發(fā)展生態(tài)仍需完善。未來(lái),隨著國(guó)家
政策效能釋放,我國(guó)將持續(xù)著力構(gòu)建低碳、零碳的CCUS產(chǎn)業(yè)鏈,不斷創(chuàng)新和發(fā)展相關(guān)政策、法律
法規(guī)和商業(yè)模式,國(guó)內(nèi)CCUS技術(shù)應(yīng)用
市場(chǎng)、政策環(huán)境將不斷完善,為CCUS產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供更多助力。
對(duì)于CCUS,市場(chǎng)更關(guān)注的環(huán)節(jié)是“用”。驅(qū)油后進(jìn)行封存,是全球CCUS總的發(fā)展趨勢(shì)。我國(guó)CCUS在驅(qū)油領(lǐng)域發(fā)展的潛力很大,一方面,含油氣盆地具有多個(gè)油氣藏及大量的咸水層,是最有利的封存場(chǎng)所,初步評(píng)價(jià)具有上萬(wàn)億噸的封存潛力;另一方面,源-匯優(yōu)化涉及社會(huì)經(jīng)濟(jì)、產(chǎn)業(yè)技術(shù)、自然環(huán)境和國(guó)土空間等多個(gè)要素,且碳源、
碳匯具有時(shí)空動(dòng)態(tài)變化特征,需要從全局最優(yōu)的角度開(kāi)展源-匯匹配。此外,我國(guó)含油氣盆地分布范圍廣,具有很好的源-匯匹配性,可以進(jìn)行多目標(biāo)最優(yōu)化源-匯匹配。綜上分析,未來(lái)圍繞含油氣盆地建設(shè)多個(gè)驅(qū)油封存中心,形成捕集-輸送-驅(qū)油封存利用產(chǎn)業(yè)集群,打造區(qū)域零碳低碳基地,或?qū)⒊蔀槲覈?guó)推動(dòng)CCUS產(chǎn)業(yè)發(fā)展關(guān)注的重要方向之一。例如,以渤海灣盆地為中心,形成輻射京津冀的渤海灣盆地千萬(wàn)噸級(jí)CCUS項(xiàng)目群;以華東、
江蘇、上海等區(qū)域?yàn)橹行?,形成長(zhǎng)三角千萬(wàn)噸級(jí)開(kāi)放式CCUS產(chǎn)業(yè)集群。中國(guó)石化正在研究建設(shè)含油氣盆地驅(qū)油封存中心,推動(dòng)形成捕集、輸送、利用、封存的產(chǎn)業(yè)集群。