CCUS是将“碳负债”转化为“碳收益”的主要技术之一,具有社会效益与经济效益双赢特性,已获得国际社会的普遍认同。
从全球来看,CCUS项目主要在美国、加拿大等国家率先开展,特别是美国自20世纪50年代开始进行CCUS-EOR(二氧化碳提高石油采收率)项目研究后,目前已具备成熟的CCUS-EOR工业体系。21世纪以来,美国、加拿大、澳大利亚、日本及阿联酋等国家加速推进二氧化碳捕集项目的工业化。
从国内技术发展情况看,我国CCUS-EOR研究起步较早,石油企业及有关院校早在20世纪60年代就开始探索二氧化碳驱油技术,但因气源、机理认识、装备等
问题,产业化发展滞后。进入21世纪以来,国家和石油企业相继设立CCUS-EOR重大科技攻关和示范工程项目,大大推动了关键技术的突破和矿场试验的成功。
在“双碳”背景下,CCUS技术作为国际公认的大规模直接
减排技术,是国家
碳中和目标实现的重要支撑,其战略重要性进一步得到确认,2020年以来我国的CCUS示范项目数量明显增多。2022年8月,国内首个百万吨级CCUS项目齐鲁
石化-胜利油田项目建成投产,标志着我国CCUS产业进入技术示范中后段——成熟的商业化运营,为大规模开展CCUS项目建设提供了更丰富的工程实践经验和技术数据。
近年来,我国CCUS技术快速发展,构建了碳捕集、利用与封存全流程技术体系,形成了不同浓度排放源的二氧化碳捕集技术,并在煤电、石化、
水泥及
钢铁等行业开展了大量示范应用。据统计,截至2024年8月,我国已投运CCUS项目67个,包括61个投运中项目和6个间歇运行项目。
从在运行的CCUS项目碳利用或封存方式来看,提高石油采收率(EOR)是最主要、技术最成熟的碳利用方式。有22个已投运项目明确其将捕集的二氧化碳用于提高石油采收率,其中17个CCUS项目将捕集的二氧化碳仅用于EOR。规模最大的EOR项目为齐鲁石化-胜利油田二氧化碳捕集利用与封存全流程项目。国内二氧化碳生物利用方式主要为二氧化碳微藻养殖并制备高附加值产品。广东能源湛江生物质电厂烟气微藻固碳工程示范是国内首个生物质电厂原始烟气微藻固碳工程示范。二氧化碳矿化利用的方式为利用其处理固废生产碳酸钙、石膏、养护混凝土砌块等材料,代表性项目为2023年京博集团建成的全球首个10万吨级二氧化碳直接利用CCUS示范项目。该项目利用钢铁、
电力、水泥等行业生产过程中产生的钢渣、镁渣、炉渣、电石渣等大宗固废,在不借助外部热源、不使用任何水泥的条件下与企业脱硫脱硝、合格外排的二氧化碳烟气发生矿化反应,每吨碳矿化材料吸碳固碳0.3~0.5吨,形成快速捕碳固碳的多功能负碳材料产品。还有15个已投运的CCUS项目用途为综合性的,包括EOR、矿化利用、制化学品、食品加工、食品冷链、生产氮肥、气焊保护等用途。此外,有9个CCUS项目未公布捕集的二氧化碳的用途。
从CCUS技术应用领域看,我国CCUS示范项目行业覆盖面不断扩大,目前国内已建成的CCUS示范项目的二氧化碳捕集源已涵盖电力、油气、
化工、水泥、钢铁等多个行业。其中,电力行业和化工行业示范项目已超过20个。此外,还有超过40个规划和投运中的示范项目来自油气、煤化工、石油化工、乙醇制备和化肥生产等行业。
值得注意的是,近年来我国各领域CCUS项目建设投入虽日益增加,但相比美国等技术应用发展领先国家,国内CCUS项目建设规模偏小,导致目前全国在运营CCUS项目的碳捕集能力总和占全球比例仅为4.6%。
尽管CCUS是一种可行的减排技术,但要实现商业利用还面临诸多挑战。首先,成本高、能耗高、效益差的问题依然存在,亟须加强CCUS全技术链创新,突破捕集、利用的理论和技术瓶颈,加快低浓度排放源的低能耗、低成本捕集技术研发。其次,二氧化碳化工转化利用技术、生物利用技术等关键技术有待突破。再次,CCUS产业发展生态仍需完善。未来,随着国家
政策效能释放,我国将持续着力构建低碳、零碳的CCUS产业链,不断创新和发展相关政策、法律
法规和商业模式,国内CCUS技术应用
市场、政策环境将不断完善,为CCUS产业发展提供更多助力。
对于CCUS,市场更关注的环节是“用”。驱油后进行封存,是全球CCUS总的发展趋势。我国CCUS在驱油领域发展的潜力很大,一方面,含油气盆地具有多个油气藏及大量的咸水层,是最有利的封存场所,初步评价具有上万亿吨的封存潜力;另一方面,源-汇优化涉及社会经济、产业技术、自然环境和国土空间等多个要素,且碳源、
碳汇具有时空动态变化特征,需要从全局最优的角度开展源-汇匹配。此外,我国含油气盆地分布范围广,具有很好的源-汇匹配性,可以进行多目标最优化源-汇匹配。综上分析,未来围绕含油气盆地建设多个驱油封存中心,形成捕集-输送-驱油封存利用产业集群,打造区域零碳低碳基地,或将成为我国推动CCUS产业发展关注的重要方向之一。例如,以渤海湾盆地为中心,形成辐射京津冀的渤海湾盆地千万吨级CCUS项目群;以华东、
江苏、上海等区域为中心,形成长三角千万吨级开放式CCUS产业集群。中国石化正在研究建设含油气盆地驱油封存中心,推动形成捕集、输送、利用、封存的产业集群。