1、國際CCUS發展現狀

CCUS項目建設加快，模式仍待成熟。目前全球25個國家均有部署CCUS項目，美國和歐盟在CCUS技術的部署上處于領先地位。2021年美國和歐盟新增CCUS項目約占全球2021年新增項目數量的四分之三，累計項目約占全球累計項目數量的63%。美國在利用CO2驅油的同時，已經封存CO2約10億噸，形成了較為成熟的驅油技術和配套設施。主要原因在于美國、歐盟對于CCUS技術的政策支持力度較強。

根據全球碳捕集與封存研究院（GCCSI）的統計，2021年，世界上的CCUS項目超過400個，有65個商業CCS設施。正在運行中的CCS設施每年可捕集和永久封存約4000萬噸CO2。在運行、在建和規劃的項目中，年捕集量在40萬噸以上的大規模綜合性項目有43個，62%的捕集量集中在北美和歐洲地區，其次是澳大利亞和中國。

截至2022年9月，共有196個CCS項目在建設中（包括兩個暫停的CCS項目）。處于不同發展階段的商業CCS項目的總捕集規模達到了年2.4397億噸，比上年增加44%。自《2021年全球CCS發展狀況報告》發布以來的12個月內，值得關注并取得很大進展的CCS項目包括：英國的Drax電站宣布了世界上最大的生物能源與CCS（BECCS）項目，可實現每年減碳800萬噸。全球首個垃圾焚燒CCS挪威Klemetsrud項目進入建設階段。美國捕集技術企業Entropy的首個天然氣發電二氧化碳捕集設施開始運行。空氣化工宣布在路易斯安那州建設全球最大規模的藍氫項目。ORCA全球首個直接空氣捕集+地質封存商業設施在冰島投入使用。在澳大利亞，Santos的Bayu-Undan天然氣液化+海上地質封存CCS項目進入詳細工程設計，該項目將利用現有天然氣管道來輸送二氧化碳。西方石油公司與DAC技術公司Carbon Engineering合作，將在美國建設一個50萬噸/年的直接空氣捕集項目，并具備擴大到100萬噸/年的捕集能力。西方石油計劃到2035年在全球建設70個這樣的設施。

圖7：2010年至2022年9月商業規模CCS設施計劃（百萬噸/年）

就碳捕集設施數量增長而言，美國繼續保持全球領先，自2021年以來有34個新項目公布。過去一年其他領先的國家包括加拿大（19個新項目），英國（13個新項目）、挪威（八個新項目)、澳大利亞、荷蘭和冰島（各六個新項目）。

2、國內CCUS發展現狀

目前，我國CCUS技術仍處于研發與示范階段。中國CCUS技術項目遍布19個省份，捕集源的行業和封存利用的類型呈現多樣化分布。中國已投運或建設中的CCUS示范項目約為40個，捕集能力300萬噸/年，捕集源主要集中在石油、電力、煤化工、化肥和水泥生產等行業。其中13個涉及電廠和水泥廠的純捕集示范項目總體CO2捕集規模達85.65萬噸/年，11個CO2地質利用與封存項目規模達182.1萬噸/年，其中EOR的CO2利用規模約為154萬噸/年。目前CCUS技術項目多以石油、煤化工、電力行業小規模的捕集驅油示范為主，缺乏大規模的多種技術組合的全流程工業化示范。

我國試點示范項目的投資主要來源于重點國有企業，民營資本參與度較低。

中國主要國有能源公司正在主導項目開發。由中國石化開發的中國首個百萬噸級規模CCUS一體化項目——齊魯石化-勝利油田CCUS項目于2022年8月底全面投產。從齊魯石化廠捕集的二氧化碳被輸送到勝利油田以提高采收率。華能集團已開始在鄂爾多斯盆地開工建設150萬噸/年的煤電CCUS項目，該項目被普遍預期成為全球最大的煤電CCUS項目。中國石油計劃從2025年開始儲存高達500萬噸/年的二氧化碳。中海油將在珠江口啟動中國首個二氧化碳海上儲存項目。2022年6月27日，埃克森美孚、殼牌和中海油與廣東省政府簽署了諒解備忘錄，評估大亞灣石化工業園的世界級項目。此外，包括新疆廣匯和恒立在內的幾家私營企業也宣布實施CCUS項目。

3、CCUS行業代表企業技術創新較為活躍

目前，中國二氧化碳捕集技術研發主要企業有昊華科技、遠達環保、藍曉科技、惠博普、雙良節能、冰輪環境、天邦膜技術、雪人股份等，不同企業技術創新重點有所不同，市場業態百花齊放。其中，遠達環保CCUS技術和裝置研發處于業內領先地位；昊華科技下屬西南化工研究設計院長期從事含碳工業尾氣凈化、分離與資源化利用技術研發與成果推廣，技術優勢明顯;惠博普擁有碳捕集、液化、提純、凈化、注入、封存、零排放等工藝技術優勢；天邦膜在氣體分離膜領域擁有雄厚的技術儲備和先發優勢。二氧化碳捕集增量降本趨勢明顯碳捕集技術從源頭上避免碳排放，是實現碳中和必不可缺的一環。

表8：中國二氧化碳捕集技術企業業務布局領域

資料來源：前瞻產業研究院

1、碳捕集

高碳排放企業捕集需求強烈，碳捕集市場廣闊。雙碳目標下，電力、鋼鐵、水泥、化工等高碳排放行業企業為響應國家號召，具有較高的減碳需求。從總排放規模上看，我國排放量占比較大的碳源主要來自熱電廠、水泥、鋼鐵、煤化工等行業，但其中前三者均屬于低濃度排放源，僅化工屬于高濃度排放源；由于不同行業碳源濃度、雜質組分的不同，所使用的捕獲技術是有差異的，當前從高濃度排放源進行捕獲面臨的技術挑戰較少，相對成熟。此外在單企業排放規模上，熱電廠、水泥、鋼鐵、煤化工單一碳源排放規模均較大。在分布上看，熱電廠、水泥、鋼鐵、石化與化工行業企業主要分布于經濟發達的東部地區，與中國人口、經濟發展狀況分布類似。

當前我國碳捕集示范項目整體規模較小，成本較高。碳捕集是CCUS流程中成本主要來源，占整個CCS運營成本的70%以上。碳捕集主要從工業廢氣和大氣中捕獲CO2。根據已投運CCUS示范項目凈減排成本統計顯示，碳捕集技術的能耗及成本因排放源類型及CO2濃度不同有明顯差異，通常CO2濃度越高，捕集能耗和成本越低，CCUS減排技術的CO2避免成本越低，這是因為CO2濃度越高，越利于高效捕集和后續分離，進而帶來單位捕集成本的下降。

當前我國絕大部分的大規模煙氣源碳捕集成本在270元/噸以上，在我國已投運的CCUS示范項目中，電力、水泥等行業由于煙氣中CO2濃度較低，捕集難度大，是捕集能耗與減排成本較高的行業。水泥行業受到技術成熟度的影響具有最高的捕集能耗，最高達到6.3GJ/tCO2，捕集成本在180-730元/噸CO2；電力行業捕集能耗為1.6-3.2GJ/tCO2,捕集成本在300-600元/噸CO2；煤化工行業可產生高CO2濃度（>70%）的煙氣，能耗在0.7-2.5GJ/tCO2，石油化工行業的捕集能耗最低，約為0.65GJ/tCO2，煤化工和石油化工領域的一體化驅油示范項目凈減排成本最低可達到120元/tCO2。結合項目成本來看，捕集能耗高的行業CCUS示范項目成本也較高，降低CCUS捕集能耗對降低我國CCUS示范項目成本十分重要。

表9：我國主要排放源已投運CCUS示范項目捕集能耗及成本

就行業來看，煤化工、石化工行業由于其碳捕集的經濟性，成為最優選的碳源。而火力發電和鋼鐵行業由于對煤炭消耗量巨大，是碳排放的主體，在2030年之后將成為主要的CCUS需求來源。與此同時，使用不同的采集技術也會影響捕集成本。

同時，不同的捕集技術也會在一定程度上影響捕集成本。碳捕集技術成本的下降需要依賴技術創新和規模效應，一方面要尋找低成本高性能的材料、低能耗的反應體系等;另一方面也要從產業發展和工藝設計兩個角度去考慮規模化的問題。吸附與解吸是未來值得探索的關鍵步驟，這方面一些新的機理和方式可能帶動整個產業的成本下降。

從企業來看，全球范圍內，碳捕集技術核心廠商主要包括美國的埃克森美孚公司（ExxonMobilCorporation）、斯倫貝謝公司（Schlumberger）、哈利伯頓公司（Halliburton）、中國的華能集團（Huaneng）、德國的林德集團（LindeAG）、瑞士公司Climeworks等。其中，美國公司埃克森美孚公司（ExxonMobilCorporation）在路易斯安那州、懷俄明州、澳大利亞都開始布局或實施捕集項目；美國的斯倫貝謝公司（Schlumberger）和德國的林德公司已就碳捕獲、利用和封存（CCUS）項目達成戰略合作,以加快工業和能源部門的脫碳解決方案；瑞士綠色技術初創公司Climeworks偏重于空氣捕集技術，投建了其首個“直接空氣碳捕捉”（DAC）技術商業化落地的工廠項目，捕捉規模是全球同類項目的10倍。

國內的碳捕集技術核心企業主要有中國華能集團清潔能源技術研究院有限公司（簡稱清能院，中國華能集團公司直屬的清潔能源技術研發機構）、中國華電科工集團有限公司（簡稱華電科工，中國華電集團有限公司下屬企業）、齊魯石化、安徽碳合能科技發展有限公司（安徽海螺水泥投資）、西南化工研究設計院有限公司（中國昊華化工集團股份有限公司下屬的科技型企業）、中國石化集團南京化學工業有限公司（簡稱南化公司，中國石化集團下屬企業）等。

我國CCUS整體發展較晚，碳捕集技術研發與應用雖有規模，但整體來說不夠成熟，項目多示范作用，產業化發展情況不夠明朗，下一步可以在示范工程的基礎上擴大應用規模，實現產業化。

表10：國內部分碳捕集項目及企業情況

2、碳利用與封存

碳利用與碳封存是CCUS的下游領域，屬于對捕集的二氧化碳進行資源化利用或處置的過程。碳利用參與方是碳利用技術與設備的供應商，目前我國碳利用技術與設備的研發與制造并無完全匹配的企業，在此領域相對成熟的企業有中國化學、凱美特氣、萬華化學、寶豐能源等企業，這些企業雖并非將二氧化碳的利用作為主營業務，但其對碳利用有較為密切的關注，對碳利用技術或設備有相關布局或開展過相關項目，目前中國化學正在積極探索CO2電催化轉化成高附加值產品；萬華化學除了積極開發碳捕捉技術外,也在布局碳利用，比如利用干重整技術將CO2重新用于產品的生產過程中,比如CO2用于替代硫酸中和生產過程中的堿性廢水,又比如將其出售給干冰企業制作干冰等。

碳封存目前應用較少，多集中在油氣行業，目前做過或者有過相關布局的企業多為石油行業，比如中國石油、中國海油，中石化等大型國企，對于企業來說，由于單獨進行碳封存的成本相對較高，而且不具備附帶經濟價值，因此目前布局較少，需要政策激勵。但由于碳封存是將二氧化碳注入地下或海下，也具備驅油的作用，因此布局碳封存會引起石油行業的關注。

表11：國內部分碳利用與碳封存項目

2021年，中國石油實現二氧化碳年注入量達56.7萬噸，累計埋存二氧化碳超450萬噸，產油量達20萬噸。中石化的齊魯石化—勝利油田百萬噸級CCUS項目由齊魯石化捕集提供二氧化碳，并將其運送至勝利油田進行驅油封存，實現二氧化碳捕集、驅油與封存一體化應用。中國海油開展適應海上二氧化碳封存的地質油藏、鉆完井和工程一體化關鍵技術研究，成功研發了海上平臺二氧化碳捕集、處理、注入、封存和監測的全套技術和裝備體系，填補了國內海上二氧化碳封存技術的空白。綜上，我國碳封存項目目前成本較高、布局較少，多集中在大型國企，且純CO2封存項目很少，多與二氧化碳地質利用一體。

3、小結

碳捕集與封存技術發展已40余年，產業鏈相對完整，但就整個CCUS產業而言，目前仍處于商業化的早期階段，CCUS產業發展仍面臨多個因素制約。首先是項目成本普遍較高，例如燃煤電廠安裝碳捕集裝置后，捕集每噸CO2將額外增加250-400元/噸的運行成本，發電成本將大幅增加，無法實現減排收益。其次當前CO2運輸方式以罐車為主，運輸費用較高，較為經濟的管道運輸尚在起步階段，亟須統籌規劃相匹配的管網布局方案。當前，利用方式主要為CO2驅油，而通過技術手段轉化為燃料、化學品、建筑材料等產品還存在諸多技術經濟問題。雖然面臨種種困難，但是從長遠來看，CCUS技術能耗和成本將趨于下降，并為最終實現商業化提供支撐，同時隨著CO2交易價格的不斷上漲，CCUS將越來越具有經濟性。

當前，主要發達國家已經加大對CCUS技術的投資和布局。美國2018年頒布的《45Q法案》規定，任何2024年之前開始建設的新的化石燃料發電廠或產生CO2的工廠，其碳捕獲設備投入使用之后將獲得最高12年的稅收抵免。拜登政府上臺后第一時間延續了特朗普政府期間通過的《45Q法案》。加拿大頒布了與美國類似的支持政策。歐盟宣布到2025年所有化石燃料電廠實現CCUS改造，并于2020年成立100億歐元基金，英國亦提供8億英鎊，用于支持CCUS。

黨的二十大報告強調要立足我國能源資源稟賦，堅持先立后破，而CCUS技術是實現我國能源體系先立后破的關鍵。未來碳減排需求規模化增長，CCUS技術也將大幅商業化、規模化。根據《中國碳捕集利用與封存技術發展路線圖》，到2030年，我國CCUS技術開始進入商業化應用階段并具備產業化能力；到2035年，部分新興技術實現大規模運行；到2040年，CCUS系統集成與風險管控技術得到突破，初步建立CCUS集群；到2050年，CCUS技術實現廣泛部署，建成多個CCUS集群。

雖然目前CCUS技術的多數細分環節仍處于研發和早期的系統示范階段，但在成本、能耗、安全性、可靠性方面依然有較大的發展空間。未來CCUS各類細分技術發展，以技術革新推動降本增效。在碳捕集方面，多元化的技術路線并行發展將有效降低捕集成本；在碳運輸方面，管道運輸、公路運輸、鐵路運輸和船舶運輸四種運輸方式結合使用將實現碳運輸成本的最優化；在碳利用方面，多樣化的碳利用方式將助力CCUS經濟效益的提升；在碳封存方面，智能化鉆井技術和勘探技術的發展將有效降低封存成本。

目前我國CO2捕集技術發展速度較快，各技術優劣勢明顯。由于燃燒后捕集技術流程相對簡單、發展相對成熟，因此應用最為廣泛，可適用于大部分燃煤電廠、鋼鐵廠、水泥廠等老舊工廠的低碳改造。應用較為廣泛的化學吸收法雖然吸收效率和吸收純度等方面有優勢，但其吸收劑的能耗以及對環境的影響越來越難以忽視。而物理吸附法工藝流程簡單，清潔無污染，吸附技術的核心在于吸附劑的研發與使用上，隨著吸附新材料的研發和改進，物理吸附法有著廣闊的發展前景。

在我國運輸環節各技術中，罐車和船舶運輸較為成熟，管道運輸進展相對慢一些。我國罐車運輸和船舶運輸技術均已達到商業應用階段，主要應用于規模10萬噸/年以下的CO2輸送。CO2陸地管道輸送技術是最具應用潛力和經濟型的技術，目前吉林油田和齊魯石化采用此方式輸送。海底管道輸送CO2的技術在國內尚處于研究階段，但隨著技術的不斷發展，海底管道運輸也將成為碳運輸路徑的有力支持。根據《中國碳捕集利用與封存技術發展路線圖（2019）》，到2035年我國將初步形成高效低成本的陸上管道，2040年將建成多個陸上管道網絡，2050年建成陸海一體的管道網絡。

從發展路徑與目前發展速度來看，隨著碳技術的突破，CO2的商業利用范圍將有望進一步拓寬。許多CO2利用技術目前雖然處于早期發展階段，但未來有望商業化拓展，例如利用CO2合成燃料、合成高附加值化學產品、合成材料等。我國在部分碳利用技術上已形成一定規模，我國地質利用、化工利用、生物利用等利用技術，到2035年基本能夠實現一般條件下的商業應用，到2040年基本實現廣泛的商業應用。

CO2的地質封存是極具價值且富有挑戰性的任務。油氣藏封存CO2技術、煤層封存CO2技術、深部咸水封存CO2技術、海洋封存CO2這幾種封存方式各有優劣且潛力巨大。目前我國開展了很多地質封存CO2的項目，其中可以看到油氣藏封存CO2技術走在最前列，各大油田都有著自己的規劃與發展。深部咸水層與煤層封存CO2技術亦在我國各地有所開展。選擇合適的方式，積極地通過數值模擬與實地監測以及智能化鉆井技術和勘探技術的發展，CO2的封存在未來一定會有廣闊的前景。

近年來，我國高度重視CCUS技術發展，相關技術成熟度快速提高，系列示范項目落地運行。新技術不斷涌現、效率持續提高、成本逐步降低，我國CCUS技術多環節都已展現出商業化的潛力，未來通過開展大規模CCUS示范與產業化集群建設必將最終實現商業化運行，助力我國的碳中和事業穩步推進。

文章來源：博正智庫