专家观点 | 张贤:我国二氧化碳捕集利用与封存发展现状及展望

2024/02/07 03:02:37

碳中和目标的实现要求我国建立以非化石能源为主的零碳能源系统,经济发展与碳排放脱钩。碳捕集利用与封存(CCUS)技术是我国实现碳达峰碳中和目标技术组合不可或缺的重要组成部分。我国高度重视CCUS的基础研究和技术开发,技术发展水平不断提升,但项目规模、技术集成、海底封存和工业应用等方面与国际先进水平还存在差距,未来亟需加强CCUS技术研发超前部署,推进全链条集成示范,加快管网布局和基础设施建设,以及完善财税激励政策和法律法规体系。

CCUS技术内涵和外延不断拓展

 

随着《联合国气候变化框架公约》(UNFCCC)第28次缔约方大会(COP28)“转型脱离化石燃料”目标提出,各国针对能源转型力度进一步加强,持续趋紧的外部约束和落实国家碳达峰碳中和目标的内部需求对我国碳减排技术创新提出新的要求,具体体现在以下三方面:一是减排力度,碳减排目标由相对减排“率”(碳排放强度)向绝对减排“量”(碳排放总量)转变;二是减排策略,由能耗“双控”向碳排放总量和强度“双控”过渡;三是减排对象,由单一的重点企业和行业扩展到整个社会经济系统。

在此背景下,碳捕集利用与封存技术(CCUS)得到更多重视,逐渐由战略储备技术快速升级为实现双碳目标的现实解决方案,其内涵和外延不断丰富与拓展。CCUS技术定位由过去化石能源大规模低碳利用的战略储备技术转变为当前实现碳中和目标技术组合的重要构成部分,它是化石能源近零排放的唯一技术选择、钢铁水泥等难减排行业深度脱碳的可行技术方案、未来支撑碳循环利用的主要技术手段。同时,CO2捕集源从传统的能源/工业设施,逐步拓展至生物质和空气等中性碳源,由此形成的生物质能碳捕集与封存(BECCS)和直接空气捕集(DAC)技术已经成为实现气候目标的必要手段和CCUS技术的重要组成(图1)。BECCS技术是指将生物质燃烧或转化过程中产生的CO2进行捕集、利用或封存的过程。DAC技术是指从大气中直接捕集CO2,并将其利用或封存的过程。两者兼具负排放效应,也称其为碳移除技术。

图1. 碳中和目标下的CCUS技术定义

 

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CCUS技术成熟度、示范项目、技术成本

取得显著进展,但仍面临诸多挑战

 

近年来我国CCUS技术发展取得积极进展,大部分技术已进入工业示范阶段。立足碳中和目标,我国CCUS从技术研发水平、示范工程数量到规模都有较大提升。具体如下:

 

1、技术成熟度

从全球看,多数CCUS技术处于工业示范阶段,其中运输技术与集成优化技术相对发展较快,已进入商业应用阶段;我国CCUS各项技术均取得显著进展,技术成熟度总体与全球水平较为接近,管道输送、强化采油、集成优化等关键技术相比国际先进水平尚存在一定差距(图2)。

图2. 国内外CCUS各环节技术发展水平

 

2、示范工程建设

国内外CCUS示范工程建设发展迅速,数量不断增加,规模明显扩大,呈现产业化和商业化发展趋势(表1)。

表1. 全球和中国CCUS示范工程建设进展一览

 

3、技术成本

当前CCUS技术示范成本仍然偏高,但与国外相比仍具有一定成本优势,并在“干中学”过程中逐年下降。中国煤化工和石油化工领域的一体化驱油示范项目捕集成本相对较低,捕集一吨CO2为105元-250元。电力、水泥仍是国内捕集成本较高的行业,每吨CO2的捕集成本分别为200元-600元、305元-730元,但整体均低于国外捕集成本(图3)。

图3. 不同排放源使用CCUS技术的CO2避免成本

 

尽管我国CCUS技术发展迅速,但当前阶段仍面临减排成本高、源汇不匹配、部署时间紧迫、商业模式欠缺、激励政策缺位等挑战,制约其规模化商业化应用(表2)。

表2. CCUS技术面临挑战

未来:促进技术、市场、政策深度融合、

协同发力,推动CCUS技术发展

 

立足实现碳中和目标并保障能源安全和经济高质量发展,亟需把CCUS提升到战略性技术的高度,并加速系统性超前部署。通过加强CCUS技术研发、降低技术成本、完善激励机制,促进技术、市场、政策三大要素深度融合、协同发力。未来CCUS技术发展愿景目标要以构建低成本、低能耗、安全可靠的CCUS技术体系和产业集群为抓手,为化石能源低碳化利用提供技术选择,为碳中和目标实现提供技术支撑,为实现能源安全和经济社会可持续发展提供技术保障(图4)。

图4. CCUS技术发展愿景目标

专家简介 /

张贤

中国21世纪议程管理中心处长、研究员

博士、研究员,中央和国家机关青年联合会第一届委员会常务委员,现任中国21世纪议程管理中心全球环境处(气候变化与国际合作处)处长,中国可持续发展研究会气候变化工作委员会主任,入选国家高层次人才特殊支持计划,国家万人计划“青年拔尖人才”,全球前2%顶尖科学家。长期从事气候变化和低碳技术发展领域战略研究,致力于促进CCUS技术发展和技术转移南南合作。