CCUS是温室气体减排的关键技术，其发展对于促进化石能源的高效利用、如期实现“双碳”目标愿景具有重要意义。目前，我国CCUS仍处于发展早期，部分先进技术尚处于研究阶段。未来，随着政策支持不断、关键技术逐步成熟以及各行业巨大减排需求拉动，我国CCUS将向着低成本、商业化、集群化方向发展，产值规模有望在2050年突破3,000亿元。
1、发展概况
CCUS定义
碳捕集、利用与封存（Carbon Capture, Utilization and Storage，简称 CCUS）是指将CO2从工业过程、能源利用或大气中分离出来，直接加以利用或注入地层以实现CO2永久减排的过程[1]。按照技术流程，CCUS主要分为碳捕集、碳运输、碳利用、碳封存等环节。其中，碳捕集主要方式包括燃烧前捕集、燃烧后捕集和富氧燃烧等；碳运输是将捕集的CO2通过管道、船舶等方式运输到指定地点；碳利用是指通过工程技术手段将捕集的CO2实现资源化利用的过程，利用方式包括矿物碳化、物理利用、化学利用和生物利用等；碳封存是通过一定技术手段将捕集的CO2注入深部地质储层，使其与大气长期隔绝，封存方式主要包括地质封存和海洋封存。
【资料图】
政策环境：政策助力CCUS技术推广和示范工程建设
CCUS是目前实现大规模温室气体减排的重要技术手段。短期内，我国以石油、煤炭等化石能源为主的能源结构难以改变，发展CCUS可促进化石能源的高效利用，加快传统高排放行业的转型发展，对我国实现“双碳”战略目标具有重要意义。近年来，我国出台了一系列政策促进CCUS发展，具体内容包括推动CCUS示范工程建设、加强CCUS技术推广示范、将CCUS纳入绿色债券目录等。
技术环境：我国CCUS研发能力不断突破，但部分关键技术与国际先进水平仍存在一定差距
随着国家科技重大专项、国家重点研发计划等支持不断，我国在CCUS各环节的关键技术不断突破，其中，碳捕集环节的燃烧前物理吸收法、碳利用环节的铀矿地浸开采技术等已处于商业应用阶段。与此同时，我国仍存在CCUS相关设施数量较少、项目规模较小等短板，部分关键技术落后于国际先进水平。根据《二氧化碳捕集、封存与利用技术应用状况》数据，中国已建成投产、在建及拟建的碳捕集与封存设施数量占全球总量的7.7%，占比远低于美国的50.8%。赛迪顾问数据显示，2021年我国捕集规模在30万吨/年以下的CCUS项目数量占比达88.9%，捕集规模超过60万吨/年的项目仅占3.7%，而美国CCUS单项年均碳捕集规模约241.4万吨/年。
2、发展现状
生态结构：按照产业流程，CCUS主要由碳排放、碳捕集、碳运输、碳利用与封存等环节组成
碳排放主要分为煤化工、制氢等高浓度排放和石油化工、炼钢、燃煤、燃气等中低浓度排放。碳捕集、碳利用与封存是CCUS三大重点环节，下文将详细阐述。碳运输主要分为罐车运输、船舶运输和管道运输等。其中，罐车运输和船舶运输已达到商业应用阶段，海底管道运输则仍处于研究阶段。
（1）碳捕集：既是CCUS的首要环节，也是CCUS流程中成本主要来源。碳捕集主要从工业废气和大气中捕获，CO2浓度越高，捕集成本越低。按碳捕集与燃烧的先后顺序可将碳捕集技术分为燃烧前捕集、燃烧后捕集和富氧燃烧捕集。燃烧前捕集成本相对较低、效率较高，但适用性不高；燃烧后捕集虽应用较广，但相对能耗和成本更高；富氧燃烧对操作环境要求高，目前仍处于示范阶段。根据分离过程，碳捕集技术主要分为物理吸收技术、化学吸收技术、膜分离技术、低温分离技术等。
（2）碳利用：是降低CCUS实施成本的关键。目前我国以地质利用为主要方式，化工利用和生物利用相对较少。具体来看，地质利用中CO2-EOR技术既能封存大量的CO2，又能增产石油，兼顾经济与环境效益，短期内具有较高的可行性；化工利用是以化学转化为主要特征，将CO2和共反应物转化为目标产物从而实现资源化利用，对CO2浓度要求低、实施成本低，具有开发价值；生物利用是以生物转化为主要手段，将CO2用于生物质合成，对CO2的浓度要求较高、实施成本较高，但单吨CO2产出效益也相对较高。
（3）碳封存：目前CO2的排放量远超其利用能力，无法被利用的CO2需要利用封存技术埋存。碳封存主要分为咸水层封存、枯竭油气藏封存等技术。其中，咸水层分布较广且封闭性较好，封存效果理想；枯竭油气藏通常具有完整、封闭且稳定的地质环境，能保证封存的安全性，但存在一定的泄漏风险，需要多方位监测技术进行保障。
示范项目情况：我国CCUS项目遍布19个省份，利用和封存方式呈多样化
根据《中国二氧化碳捕集利用与封存（CCUS）年度报告（2021）》，目前我国已投运和建设中的CCUS示范项目约40个，分布于19个省份，涉及电厂和水泥厂等纯捕集项目以及CO2-EOR、CO2-ECBM、地浸采铀、重整制备合成气、微藻固定和咸水层封存等多样化封存及利用项目。其中，中石油吉林油田EOR项目是亚洲最大的EOR项目，已累计注入CO2超过200万吨；国家能源集团国华锦界电厂建设的15万吨/年燃烧后CO2捕集与封存全流程项目，是目前国内规模最大的燃煤电厂CCUS示范项目。
3、发展展望
技术创新推动成本降低，助力CCUS规模化应用
目前，我国CCUS仍处于发展早期，部分先进技术尚处于研究阶段。未来，随着政策支持不断增多以及示范工程建设加速推进，我国CCUS相关技术将逐步成熟，带动CCUS各环节成本下降，从而进一步推动CCUS规模化应用。以碳捕集环节为例，新型膜分离、新型吸收、新型吸附等技术的成熟将推动能耗和成本降低30%以上，有望在2035年前后实现大规模推广应用[2]。
各行业减排需求巨大，预计2050年中国CCUS产值规模将超3,000亿元
在“碳中和”战略目标背景下，我国煤电、水泥、钢铁等行业减排需求巨大，带动CCUS进入快速增长期。根据《中国二氧化碳捕集利用与封存（CCUS）年度报告（2021）》，预计2030年中国各行业CCUS减排需求达0.2-4.08亿吨，2060年将达10-18.2亿吨。此外，在一系列政策支持及技术进步推动下，我国CCUS市场规模逐步扩张，预计到2050年产值规模将达3,300亿元，2025-2050年GAGR约11.9%。
[1][2] 资料来源：《中国二氧化碳捕集利用与封存（CCUS）年度报告（2021）》。
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