李希雯 張子豪
?在全球追求減排與應對氣候變化的背景下，碳捕集、利用與儲存（CCUS）技術的重要性日益凸顯。國際能源署（IEA）發布的最新數據顯示，2023年全球碳捕集的能力主要集中在美國和中國這兩個國家。美國以絕對的碳捕集總量居全球首位，而中國則在增量方面表現突出，成為全球增速最快的碳捕集國。
?近年來，我國在碳捕集技術方面發展迅速，形成了碳捕集、利用與封存全流程技術體系，并開展了大量示范應用。在看到階段成果與機遇的同時，也應看到問題與挑戰。目前我國推動碳捕集技術深入發展面臨技術層面、經濟層面、政策和法規層面、社會認知和人才層面4個層面的挑戰。
?在全球應對氣候變化的大背景下，碳捕集技術作為實現碳中和目標的重要手段之一，在中國正迎來前所未有的發展機遇。在技術創新、產業發展、政策支持和國際合作的共同推動下，碳捕集技術將為實現碳中和目標發揮重要作用，為構建綠色低碳的美好未來奠定堅實基礎。
碳捕集技術是鋼鐵行業長期減排和深度降碳的關鍵技術之一，對人類應對氣候變化和實現碳中和目標具有重要意義。2024二氧化碳捕集、利用與封存（CCUS）國際會議近日在北京舉辦，二氧化碳捕集、利用、封存等方面的發展動態和技術難題再次成為關注的焦點。國際能源署預測，要實現2050年全球凈零排放，僅依靠減少化石燃料使用是不夠的。預計每年需要移除至少10億公噸的二氧化碳，CCUS技術被普遍認為是實現這一目標的必要措施。這一技術的核心在于通過一系列方法，將二氧化碳從工業排放源中捕獲，并進行安全儲存或再利用。隨著氣候變化加劇，全球對碳捕集技術的需求不斷攀升。
本文整理碳捕集技術主要海外應用案例、國內發展現狀及面臨的問題與挑戰，并對未來發展做出簡要展望。
海外主要國家CCUS相關項目
各有千秋
在全球追求減排與應對氣候變化的背景下，碳捕集、利用與儲存技術的重要性日益凸顯。國際能源署發布的最新數據顯示，2023年，全球碳捕集的能力主要集中在美國和中國這兩個國家。美國以絕對的碳捕集總量居全球首位，而中國則在增量方面表現突出，成為全球增速最快的碳捕集國。
2023年，全球的碳捕集與存儲能力達到5500萬噸，其中美國和巴西占據了60%的市場份額。盡管巴西的碳捕集能力主要來源于1座工廠，但美國憑借其多樣化的獨立設施，展現出其在碳捕集技術方面的強大實力。具體而言，美國的多座發電廠運用燃燒后捕集技術，極大地提高了其碳捕集能力。美國在碳捕集與封存領域投入較大，或將成為碳捕集與儲存這項新生技術的重要試驗場。相關數據顯示，2020年，全球CCUS產能規模因加拿大某二氧化碳項目投運明顯擴大，而美國已運行和規劃中的碳捕集項目數量也較多，目前已有24個，其和加拿大正在發展的項目主要都是利用所捕集的碳恢復石油開采活動。于2017年啟動、2020年關停的佩特拉諾瓦（Petranova）項目曾是美國唯一的煤電廠碳捕集項目，每年可以捕集140萬噸二氧化碳并運輸到油田加以利用。2023年，美國西北大學研究的“濕度擺動”技術，利用一系列離子在低濕度時捕集二氧化碳、在高濕度時釋放二氧化碳，為直接空氣捕集提供了一種比傳統技術更節能的碳捕集方法。這種方法結合了創新的動力學方法和多種離子，幾乎可以從任何地方去除碳。同年，美國西北大學的科研人員在濕法再生碳捕集的基礎上，還提出了5種新型陰離子（正硅酸鹽、硼酸鹽、焦磷酸鹽、三聚磷酸鹽和二堿性磷酸鹽），將這些陰離子引入離子交換膜時，可實現在干燥條件下捕集二氧化碳，在潮濕條件下也可以釋放二氧化碳。
加拿大政府計劃為CCUS項目及用于生產低碳能源的設備支付補貼，以推動相關技術的發展。其中，2014年運行至今的邊界大壩能源（Boundary Dam Power）項目每年能夠捕集約100萬噸二氧化碳，捕集率較高，對減少發電廠的碳排放具有重要意義；2015年運行的Quest項目將原油制氫過程產生的二氧化碳注入咸水層封存，是加拿大在碳封存領域的重要實踐，為減少工業碳排放提供了可行的解決方案。
英國制定了相關政策推動碳捕集技術發展，比如設立了碳捕集與封存技術基礎設施基金。英國國家CCUS研究中心致力于提高工業生產中二氧化碳的捕集率，正尋求從工業生產中捕集大量的二氧化碳，并努力將工業生產中二氧化碳的捕集率提高至95%或更高。2021年，英國境內運行的塔塔鋼鐵碳捕集示范項目每年可以捕集4萬噸二氧化碳，約占當地燃氣電站總排放量的11%。
澳大利亞擁有多個碳捕集與封存項目，比如“碳網”計劃，計劃每年在澳大利亞東南沿海的巴斯海峽封存500萬噸二氧化碳，預計到2030年投入使用。皇家墨爾本理工大學2019年公布的室溫轉化固態碳技術利用液態金屬做催化劑，首次實現在室溫下將空氣中的二氧化碳持續有效轉變成固體碳。預計到2030年投入使用（目前處于規劃和推進階段）的“碳網”計劃（CarbonNet）將在澳大利亞東南沿海的巴斯海峽進行，每年預計封存500萬噸二氧化碳。
日本基于異佛爾酮二胺（IPDA）的碳捕集技術由日本東京都立大學科研團隊發現，相關論文于2022年發表在《環境》（《ACS Environmental Au》）期刊，其可直接從環境中捕集二氧化碳，能夠去除超過99%濃度為400ppm（約為大氣中的濃度水平）的二氧化碳，效率至少是現階段其他直接空氣捕集（DAC）系統的兩倍。其反應產物以固體形式從溶液中轉化出來，避免了產物在液相中積累導致反應速度降低的問題。2023年4月份，巴斯夫及其工程伙伴日揮株式會社共同開發的高壓再生二氧化碳捕集技術——HiPACT?技術，是日本首個以當地天然氣生產藍氫和藍氨的示范項目，氫氣生產設施預計于2025年投產。2019年，日本CCUS調查公司在北海道苫小牧市附近海底進行了二氧化碳海底封存試驗，將北海道一處煉油廠排放的二氧化碳壓縮后封存到海底，目前已封存了30萬噸二氧化碳。
挪威2021年發布的由挪威工業技術研究院（SINTEF）主持研發的SARC CO2捕集技術采用真空熱泵技術，僅需電力無需燃燒，相比目前最經濟的碳捕集方法成本降低約12.5％，并且使水泥、化肥等工廠的碳捕集技術改造更加容易。
我國碳捕集技術發展迅速
但仍面臨挑戰
近年來，我國在碳捕集技術方面發展迅速，形成了碳捕集、利用與封存全流程技術體系，并開展了大量示范應用。截至2024年8月底，中國已投運CCUS項目67個，統計到的碳捕集產能約700萬噸二氧化碳/年。2021年，CCUS技術首次被寫入中國經濟社會發展綱領性文件，且政策重點支持CCUS技術研發與示范，涉及技術標準、投融資方面的政策條款逐漸增多。其中，2024年投產的全國首套萬噸級燃煤電廠二氧化碳捕集與炭化利用全流程耦合示范項目（浙江蘭溪）每年捕集利用的二氧化碳量相當于1.5萬畝森林每年的固碳量。該項目研發出了高效率、低能耗的碳捕集材料，平均碳捕集率高于90%，二氧化碳純度高達99%。
從技術發展角度來看，一方面，我國擁有多種技術研發和試點項目，如化學吸收法、物理吸附法、膜分離法等技術均有一定的研究和試點項目，一些技術已經進入到工業示范階段（如固體吸附），部分技術（膜分離、化學鏈燃燒和直接空氣捕集技術）處于中試階段；另一方面，在一些大型能源企業和工業領域，我國已經實施了碳捕集工程，例如在石油領域就有利用二氧化碳驅油提高采收率同時實現封存的項目。同時，高校、科研機構和企業對碳捕集技術的研發投入在加大，并開展了一些國際間合作和交流。從政策支持角度來看，國家采取了一系列政策，鼓勵發展碳捕集等技術。一些地區和行業的規劃中，對CCUS項目的布局和發展有所提及。圍繞碳捕集，我國開始形成包括技術研發、裝備制造、工程設計、項目運營等環節的產業鏈。
事物發展如硬幣兩面，在帶來機遇的同時，也伴隨著問題與挑戰。具體來看，目前我國推動碳捕集技術深入發展面臨4個層面的挑戰。
一是技術層面。首先，能耗和成本較高，捕集過程需要消耗大量能源，導致整體成本較高，目前僅在少量場景下具備經濟可行性。其次，技術成熟度有待提升，多數捕集技術處于中試或工業示范階段，還不能完全滿足大規模、長期穩定運行要求，比如膜分離等技術還需要進一步改進以提升性能。再次，缺乏多污染物協同控制技術，在捕集過程中，對伴生的其他污染物如氮氧化物、硫氧化物等協同處理技術不成熟。最后，長期安全性和可靠性數據缺乏，對于碳捕集系統長期運行下的設備穩定性、材料耐久性等方面缺乏足夠長時間驗證的數據。
二是經濟層面。一方面，投資回報周期長導致社會資本參與積極性不高，僅靠大型國有企業和政府推動難以快速發展；另一方面，成本分擔機制不完善，產業鏈上各環節成本分擔不明確，難以形成合理的價格體系。同時，市場機制不健全，碳交易市場尚不完善，碳捕集項目難以從碳交易中獲得足夠的激勵和收益。
三是政策和法規層面。盡管有政策引導，但是對于碳捕集實質性的補貼、稅收優惠等激勵政策力度和覆蓋范圍有限。同時，在項目布局、技術規范、安全環保等方面缺乏全國統一的規劃和標準體系。對二氧化碳運輸、封存等環節的監管法規不健全，存在一定環境風險和安全隱患。
四是社會認知和人才層面。一方面，社會大眾對碳捕集的意義、安全性等理解不夠，容易導致項目落地時面臨社會阻力；另一方面，從研發到工程應用等環節的專業人才儲備不足，制約行業快速發展。
碳捕集技術將在中國
迎來前所未有的發展機遇
在全球應對氣候變化的大背景下，碳捕集技術作為實現碳中和目標的重要手段之一，在中國正迎來前所未有的發展機遇。未來，中國的碳捕集領域有望在以下幾個方面取得顯著進展：
一是技術創新與突破。隨著科研投入的不斷加大，我國預計在碳捕集材料和工藝方面取得創新性成果。其中，新型吸附劑、膜材料和化學溶劑的研發將進一步提高碳捕集的效率和選擇性，降低成本；先進的捕集技術，如生物捕集、電化學捕集等有望從實驗室走向工業應用，為碳捕集提供更多元化的選擇；智能化技術將在碳捕集過程中得到廣泛應用，通過大數據分析、人工智能優化等手段，實現捕集過程的精準控制和高效運行。
二是產業規模與協同發展。碳捕集產業鏈將逐漸完善，形成從材料研發、設備制造到工程設計、運營維護的完整產業體系。同時，大規模的碳捕集項目將不斷涌現，推動產業規模迅速擴大。碳捕集將與其他減排技術，如可再生能源、能源存儲等深度融合，形成協同減排的綜合解決方案。例如，將捕集的二氧化碳用于可再生能源的儲存和轉化，提高能源利用效率。此外，預計跨行業合作將日益頻繁，能源、化工、鋼鐵等碳排放重點行業將與環保企業、科研機構緊密合作，共同推動碳捕集技術應用和推廣。
三是政策支持與市場機制。預計政府繼續出臺更加完善的政策法規，為碳捕集產業發展提供有力的政策支持和引導，包括財政補貼、稅收優惠、碳排放權交易制度的優化等，激勵企業積極開展碳捕集項目。同時，隨著全國碳排放權交易市場不斷成熟，碳捕集所產生的減排量有望在市場上獲得更高的價值認可，為企業帶來經濟效益，進一步促進碳捕集技術的推廣應用。
四是國際合作與交流。中國將在碳捕集領域加強國際合作，積極參與國際科研項目和技術交流活動，通過“一帶一路”倡議等平臺，推動碳捕集技術在沿線國家的應用和推廣，共同應對全球氣候變化挑戰，提升中國在全球氣候治理中的影響力。
《中國冶金報》（2024年11月01日 02版二版）
