碳中和背景下的CCUS

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北极星大气网讯:二氧化碳捕集利用与封存(CCUS)减排潜力大，是实现碳中和目标的重要手段之一。本周我们从现有项目情况、各环节技术水平等方面分析CCUS现状及未来发展路径。

核心观点

▍CCUS：分为捕集、输送、利用与封存环节，减排潜力大

二氧化碳捕集利用与封存(CCUS)是指将CO2从工业排放源中分离后或直接加以利用或封存，以实现CO2减排的工业过程。按照流程，CCUS可分为捕集、输送、利用与封存几大环节。CCUS 可以捕集发电和工业过程中使用化石燃料所产生的多达 90%的 CO2，脱碳水平较高；但同时也面临着泄漏、污染物排放等风险。

▍概况：我国CCUS项目类型多样，但规模较小

从规模上看，我国已投运或建设中的CCUS示范项目约为40个，捕集能力300万吨/年。从覆盖技术来看，目前我国CO2捕集源覆盖燃煤电厂的燃烧前、燃烧后和富氧燃烧捕集等多种技术，CO2封存及利用涉及咸水层封存、EOR等多种方式。相比国外，我国CCUS 项目起步较晚，已投运或建设中的 CCUS 示范项目多以石油、煤化工、电力行业小规模的捕集驱油示范为主，缺乏大规模的多种技术组合的全流程工业化示范。

▍技术：进展显著，未来有望带动成本进一步下降

我国CCUS各环节技术均取得了显著进展，目前大部分处在基础研究、中试阶段或工业示范阶段。据《中国二氧化碳捕集利用与封存 (CCUS) 年度报告 (2021)》预计，到 2030 年我国全流程CCUS （按 250 公里运输计）技术成本为 310~770 元/吨CO2，到 2060 年将逐步降至 140~410 元/吨CO2。未来随着技术成本的持续下降，CCUS项目应用广度有望进一步提升。根据《中国碳捕集利用与封存技术发展路线图(2019)》的规划，到2050年，我国CCUS产值将超过3300亿元/年。

▍商业模式：主要包含油企全流程独立运营和CCUS运营商模式

国内CCUS项目主要存在油企全流程独立运营和CCUS 运营商两种商业模式。在油企全流程独立运营模式中，油田企业是CCUS全流程的独立运营商；风险与利润可以较为灵活地分担，并且各部门间的协调也更容易实现，因而交易成本较低。在CCUS 运营商模式下，CCUS出现了独立的市场化运营商。由于这种模式涉及多企业、多行业的合作，因此需通过法律、制度等的建设，促进社会责任、经济和社会效益的合理分配。

正文

1. CCUS：减排潜力大，有望助力碳中和

二氧化碳捕集利用与封存(CCUS)减排潜力大，是实现碳中和目标的重要手段之一。本周我们从现有项目情况、各环节技术水平等方面分析CCUS现状及未来发展路径。

1.1. CCUS：分为捕集、输送、利用与封存环节、减排潜力大

碳捕获及封存（CCS）技术是发达国家比较重视的碳减排技术。但由于 CCS 技术其前沿的技术体系和巨大的工程规模，需要花费巨额资本、运营成本、额外能耗，并且安全性以及大型示范项目的系统整合都存在一定问题。故而我国在CCS基础上增加利用环节，提出了二氧化碳捕集利用与封存(CCUS)，即将CO2从工业排放源中分离后或直接加以利用或封存，以实现CO2减排的工业过程。按照流程，CCUS可分为捕集、输送、利用与封存几大环节。从产业流程来看，CCUS依次涉及能源、钢铁、化肥、水泥、交通、化工、地质勘探、环保等众多CO2碳排放行业。

CO2捕集是指将电力、钢铁、水泥等行业利用化石能源过程中产生的CO2进行分离和富集的过程，是CCUS系统耗能和成本产生的主要环节。CO2捕集技术可分为燃烧后捕集、燃烧前捕集和富氧燃烧捕集。适合捕集的排放源包括发电厂、钢铁厂、水泥厂、冶炼厂、化肥厂、合成燃料厂以及基于化石原料的制氢工厂等，其中化石燃料发电厂是CO2捕集最主要的排放源。

CO2运输是指将捕集的CO2运送到利用或封存地的过程，是捕集和封存、利用阶段间的必要连接。根据运输方式的不同，主要分为管道、船舶、公路槽车和铁路槽车运输四种。

CO2利用是指利用CO2的物理、化学或生物作用，在减少CO2排放的同时实现能源增产增效、矿产资源增采、化学品转化合成、生物农产品增产利用和消费品生产利用等，是具有附带经济效益的减排途径。根据学科领域的不同，可分为CO2地质利用、CO2化工利用和CO2生物利用三大类。

CO2地质封存是指通过工程技术手段将捕集的CO2封存于地质构造中，实现与大气长期隔绝但不产生附带经济效益的过程。按封存地质体及地理特点划分，主要包括陆上咸水层封存、海底咸水层封存、陆上枯竭油气田封存和海底枯竭油气田封存等方式。长期安全性和可靠性是CO2地质封存技术发展所面临的主要障碍。全球陆上理论封存容量为 6~42 万亿吨，海底理论封存容量为 2~13 万亿吨。我国理论地质封存潜力约为1.21-4.13万亿吨，容量较高。

CCUS减排潜力大，但存在一定环境风险。CCUS 可以捕集发电和工业过程中使用化石燃料所产生的多达 90%的 CO2，脱碳水平较高。IEA 的研究结果显示，要达到巴黎 2 ℃的气候目标，到 2060 年，累计减排量的 14%来自于CCUS，且任何额外减排量的 37%也来自于 CCUS。IPCC 等国际机构也证实没有 CCUS 就无法实现国际气候变化目标。但同时CCUS也面临着一定的环境风险。一方面，CO2在捕集、运输、利用与封存等环节都可能会有泄漏发生，会给附近的生态环境、人身安全等造成一定的影响；另一方面，大部分 CCUS 技术有额外增加能耗的特点，因而会带来污染物排放的问题。

1.2. 概况：我国CCUS项目类型多样，但规模较小

国外CCUS项目起步早，规模较大。1972年美国建成Terrell项目，CO2捕集能力达40万～50万吨/年，这是国外最早报道的大型CCUS项目；随后，美国俄克拉荷马州Enid项目于1982年建成，通过化肥厂产生的CO2进行油田驱油，CO2捕集能力达70万吨/年。1996年，挪威Sleipner项目建成，它是世界上首个将CO2注入到地下(盐水层)的项目，年封存CO2量近百万吨。本世纪以来，美国、加拿大、澳大利亚、日本及阿联酋等国家加速推进CO2捕集项目的工业化。2014年，加拿大SaskPower公司的Boundary Dam Power项目成为全球第一个成功应用于发电厂CO2捕集项目，2019年该项目捕集CO2达61.6万吨。2015年，加拿大Quest项目将合成原油制氢过程中产生的CO2成功注入咸水层封存，每年CO2捕集能力达100万吨/年。