首個100萬噸級碳捕集利用與封存(CCUS)項目已經(jīng)投產(chǎn)、300萬噸級CCUS項目正在規(guī)劃建設(shè)、1000萬噸級海上封存項目正在做相關(guān)預(yù)可行性研究……“雙碳”目標(biāo)提出以來，我國CCUS技術(shù)正在快速發(fā)展，不僅在規(guī)模上不斷擴大，項目數(shù)量上也有了大幅提升。據(jù)中國21世紀(jì)議程管理中心不完全統(tǒng)計，截至今年7月，我國現(xiàn)有規(guī)劃和運行中的CCUS項目數(shù)量近100個，是去年同期的2倍。

CCUS(Carbon Capture Utilization and Storage)是碳捕集利用與封存英文首字母的縮寫，指的是將二氧化碳從工業(yè)、能源生產(chǎn)等排放源或空氣中捕集分離，并加以利用或輸送到適宜的場地封存，最終實現(xiàn)二氧化碳的減排。所以，CCUS技術(shù)包括捕集、輸送、利用及封存多個環(huán)節(jié)，可助力全球及我國碳中和目標(biāo)實現(xiàn)，保障我國能源安全，推進生態(tài)文明建設(shè)及可持續(xù)發(fā)展。

將放錯位置的碳資源利用起來

二氧化碳捕集技術(shù)最先興起于20世紀(jì)20年代，在天然氣商業(yè)化利用過程中，用來分離甲烷中的二氧化碳以提高天然氣的純度。此后，學(xué)術(shù)界開始對二氧化碳作為驅(qū)動介質(zhì)進行“驅(qū)油”的理論和實驗研究。1972年，世界首個利用二氧化碳驅(qū)油的商業(yè)項目在美國得克薩斯州開啟正式運行。

到20世紀(jì)80年代，科學(xué)家提出將二氧化碳封存于天然氣藏、咸水層等地質(zhì)結(jié)構(gòu)的設(shè)想。2005年政府間氣候變化專門委員會(IPCC)、2009年歐盟相繼提出并定義了碳捕集封存(CCS)的概念：將二氧化碳從工業(yè)或相關(guān)能源產(chǎn)業(yè)的排放源中分離出來，輸送并封存在地質(zhì)構(gòu)造中，以實現(xiàn)二氧化碳與大氣長期隔絕。

我國的CCS技術(shù)雖然起步較晚，但是結(jié)合本國國情提出了CCUS的概念，增加了對二氧化碳資源化利用的相關(guān)表述。“與CCS相比，U的加入意義重大。”中國21世紀(jì)議程管理中心社會事業(yè)處處長張賢在接受科技日報記者采訪時表示，我國沒有將二氧化碳的利用與封存對立起來，而是將利用技術(shù)看作是延展CCS產(chǎn)業(yè)鏈的“連通器”，將放錯位置的碳資源有效利用起來。

對于中國而言，二氧化碳的利用尤為重要。中國正處于工業(yè)化建設(shè)進程中，全球一半以上的工業(yè)生產(chǎn)都在中國，鋼鐵、水泥、大型化學(xué)品的生產(chǎn)占全球50%以上。張賢表示，我國工業(yè)領(lǐng)域的深度減排和零碳工藝流程重塑，需要大幅減少化石原料和燃料的使用，把二氧化碳循環(huán)利用起來，特別是將二氧化碳由原來的溫室氣體變?yōu)橛袃r值的可交換資源，為工業(yè)生產(chǎn)提供“綠色碳元素”，對中國工藝流程的系統(tǒng)性變革意義非常重大。

此外，中國的化石能源資源稟賦是“富煤、貧油、少氣”，這決定了當(dāng)前和今后很長一段時期內(nèi)，煤炭在我國能源結(jié)構(gòu)中的主導(dǎo)地位。“目前我國從燃煤電廠排放的二氧化碳量占總排放量的40%左右，未來煤基能源的低碳高效利用是保障中國能源安全及實現(xiàn)碳中和目標(biāo)的關(guān)鍵所在。”張賢表示，燃煤電廠通過CCUS技術(shù)改造，可以在保證能源安全的同時發(fā)揮巨大的減排潛力，促進中國綠色低碳發(fā)展。

氣候治理和“雙碳”目標(biāo)實現(xiàn)的重要保障

中國是二氧化碳排放大國，且未來二氧化碳排放量還將進一步增長，因而面臨巨大的減排壓力。

在張賢看來，CCUS技術(shù)是中國減少二氧化碳排放，實現(xiàn)碳中和目標(biāo)的技術(shù)組合中不可或缺的構(gòu)成部分。

2016年，《巴黎協(xié)定》正式生效，其主要目標(biāo)是控制全球平均氣溫不高于工業(yè)化前水平2攝氏度，并努力控制在1.5攝氏度之內(nèi)。張賢告訴科技日報記者，就技術(shù)支撐而言，CCUS是唯一能夠在發(fā)電和工業(yè)過程中實現(xiàn)化石燃料利用近零排放的解決方案，也是實現(xiàn)2攝氏度溫升控制目標(biāo)的關(guān)鍵技術(shù)。

2019年科技部社會發(fā)展科技司和中國21世紀(jì)議程管理中心發(fā)布《中國碳捕集、利用與封存(CCUS)技術(shù)發(fā)展路線圖研究》，預(yù)測CCUS技術(shù)有望在2030年后在構(gòu)建形成的化石能源與可再生能源協(xié)同互補的多元供能體系中發(fā)揮重要作用，屆時其年利用封存能力將達到每年2000萬噸二氧化碳，到2050年將達到每年8億噸二氧化碳。

當(dāng)前，CCUS技術(shù)體系龐雜，各環(huán)節(jié)根據(jù)其原理差異還可進一步細(xì)分。只二氧化碳的燃燒后捕集技術(shù)就可通過吸收、吸附、膜分離、低溫分餾、富氧燃燒等技術(shù)來實現(xiàn)，而二氧化碳的利用則根據(jù)工程技術(shù)手段的不同，分為地質(zhì)利用、化工利用、生物利用等。作為制定路線圖的主要參與者，張賢表示，近兩年CCUS技術(shù)更新速度很快，“2020年‘雙碳’目標(biāo)提出之后，CCUS又有了更多發(fā)展空間，難度更大但更為靈活的空氣直接捕集等新型負(fù)碳技術(shù)也有了新突破。”

到2050年，在我國的能源結(jié)構(gòu)中，化石能源仍將扮演重要角色。張賢認(rèn)為，采用CCUS與火電結(jié)合可實現(xiàn)火電行業(yè)的近零排放，特別是碳捕集封存與生物質(zhì)耦合技術(shù)(BECCS)可實現(xiàn)負(fù)碳排放，是在強減排條件下實現(xiàn)碳中和目標(biāo)的重要選擇。

當(dāng)前，CCUS技術(shù)仍然處于示范階段，技術(shù)成熟度低、經(jīng)濟性不高、商業(yè)模式缺失制約著CCUS產(chǎn)業(yè)化的進程。中國CCUS技術(shù)發(fā)展2019版路線圖預(yù)測，到本世紀(jì)中葉，CCUS技術(shù)的能耗和成本問題將得到根本改善，不僅可以推動化石能源高效低碳利用，空氣直接捕集技術(shù)和BECCS甚至可以實現(xiàn)負(fù)排放。