碳封存技術的案例
CCUS新技術：我國碳捕集利用與封存技術發展研究丨中國工程科學
本文選自中國工程院院刊《中國工程科學》2021年第6期
作者：張賢，李陽，馬喬，劉玲娜
來源：我國碳捕集利用與封存技術發展研究[J].中國工程科學,2021,23(6):70-80.
編者按
碳捕集利用與封存是將二氧化碳從能源利用、工業過程等排放源或空氣中捕集分離，通過罐車、管道、船舶等輸送到適宜的場地加以利用或封存。碳捕集利用與封存技術，可以實現化石能源利用近零排放，促進鋼鐵、水泥等難減排行業的深度減排，而且在碳約束條件下，可以增強電力系統靈活性、保障電力安全穩定供應、抵消難減排的二氧化碳和非二氧化碳溫室氣體排放，是實現碳中和目標不可或缺的重要技術選擇。
中國工程院李陽院士研究團隊在中國工程院院刊《中國工程科學》2021年第6期發表《我國碳捕集利用與封存技術發展研究》一文，對我國碳捕集利用與封存技術水平、示范進展、成本效益、潛力需求等進行了全面評估。文章指出，我國碳捕集利用與封存技術發展迅速，與國際整體發展水平相當，目前處于工業化示范階段，但部分關鍵技術落后于國際先進水平。在工業示范方面，我國具備了大規模捕集利用與封存的工程能力，但在項目規模、技術集成、海底封存、工業應用等方面與國際先進水平還存在差距。在減排潛力與需求方面，我國理論封存容量和行業減排需求極大，考慮源匯匹配之后不同地區陸上封存潛力差異較大。
展開 深度解析：碳捕集、利用與封存（CCUS）技術工藝及其適用性
主流碳分離技術優劣勢分析（來源：DeepTech）
除了以上三種對化石燃料和工業過程產生的二氧化碳進行捕集的傳統CCUS捕集技術。近年來，生物質能-碳捕集（BECCS）技術和空氣碳捕集（DACCS）技術也取得了一定的發展。生態環境部環境規劃院按照可持續發展情景估計，到2070年，生物質能和空氣碳捕集途徑占比將進一步上升，從2050年的19.6%上升至36.2%。
生物質能-碳捕集與封存（BECCS）技術利用植物的光合作用，結合生物質能和CCUS來實現溫室氣體負排放，將大氣中的二氧化碳轉化為有機物，并以植物生物質的形式積累存儲下來，在長期緩解二氧化碳排放方面具有明顯優勢，在全球范圍內具有可觀的碳潛力。目前美國、英國等一些發達國家進行了BECCS相關的示范工程，預計接下來將有更多的國家投入到這一領域。
生物質能-碳捕集與封存（BECCS）示意圖
直接空氣碳捕捉（DACCS），指利用化學反應，將空氣中的碳提取出來，當空氣經過裝有液體溶劑或固體吸附劑（均為常見的化學品）的裝置時，二氧化碳會留在溶劑或吸附劑中，而其他成分則離開裝置回到空氣中。當溶劑或吸附劑“裝滿”了二氧化碳后，對充滿二氧化碳的溶劑或吸附劑進行加熱脫碳，溶劑或吸附劑得以循環利用，而脫出的二氧化碳被注入并封存在地層，或者被直接利用。至今技術最成熟的幾個公司分別是Climeworks, Carbon Engineering和Global Thermostat。
展開 保證人類零碳未來的托底技術 ——碳捕集利用與封存（CCUS）技術路線利弊分析
01
前言
減碳不僅是國家政策規劃承諾的問題，也是關系到我們人類賴以生存的環境問題。IPCC（政府間氣候變化專門委員會）關于全球變暖1.5℃的特別報告指出，CCUS（碳捕集利用與封存）技術可以有效改善全球氣候變化，并明確指出CCUS技術對于在2050年實現零碳排放具有重要意義。
根據2015的巴黎氣候大會披露的減碳圖表，可以看出CCUS技術主要是在2030年之后全球將逐漸發力于二氧化碳的移除，而這與中國2030碳達峰的目標不謀而合。
來源：Rhodes CJ. The 2015 Paris Climate Change Conference: Cop21. Science Progress 2016;99(1):97-104.
02
主流減碳技術總結
碳減排首先第一步是將二氧化碳捕集，后續可將捕集的二氧化碳直接封存也就是CCS，或是把二氧化碳能源化或資源化也就是CCU。在這些步驟中，二氧化碳捕獲是最關鍵的技術，因為它占整個CCS運營成本的70%以上。
展開 CCUS新技術--礦化：跟我一起探索碳捕集利用與封存方向的突破性技術！
為了對我們的凈零之旅產生突破性影響，我們正在探索一系列下一代技術，以幫助我們實現建筑環境的脫碳。碳捕獲、利用和儲存 (CCUS) 是我們尋找的產品組合中最重要的技術之一。今天介紹的這個技術來自國外，這是在30多個CCUS項目正在進行實踐中，廠家也正在測試的技術將為2030年以后的業務脫碳奠定基礎。
最令人興奮的 CCUS 技術之一被稱為“礦化”，或將 CO 2鎖定在礦物質中。研發單位正在與意大利能源公司 Eni 合作，推進他們的碳捕獲產品組合，將人們運營中產生的 CO 2重新用于生產的綠色水泥。Eni 正在將其碳捕獲和礦化專業知識用于將 CO 2儲存到橄欖石中，橄欖石是一種廣泛使用的礦物。研發單位的創新中心的研究人員正在探索使用這種碳酸化橄欖石作為一種新的低排放原材料來配制我們的綠色水泥。
創新和技術發展是成功應對能源轉型挑戰的戰略關鍵，它將利用 Eni 的研發專業知識和 Holcim 的經驗。通過為難以減排的行業提供合適的解決方案，這項技術使人們能夠加快脫碳進程。Holcim 和 Eni 的全球運營，加上 olivine 在全球范圍內的廣泛可用性，將使該 CCUS 解決方案具有高度可擴展性。它將使 CO 2永久封存 到建筑材料中以實現更環保的建筑，從而增加我們范圍廣泛的創新低排放原材料。研發廠家的團隊目前正在繪制歐洲最相關的地點，以進行工業規模的試點。這種伙伴關系符合人們的凈零旅程以及埃尼對其行業脫碳的承諾。
世界需要變革性技術來加速人們向凈零排放的過渡。通過將 CO 2儲存 在橄欖石等新礦物中，廠家正在擴大我們的綠色水泥解決方案范圍，使可持續建筑在全球成為現實，同時減少企業運營的足跡。
展開 
2022年中國碳捕集、利用與封存（CCUS）行業洞察報告
CCUS是溫室氣體減排的關鍵技術，其發展對于促進化石能源的高效利用、如期實現“雙碳”目標愿景具有重要意義。目前，我國CCUS仍處于發展早期，部分先進技術尚處于研究階段。未來，隨著政策支持不斷、關鍵技術逐步成熟以及各行業巨大減排需求拉動，我國CCUS將向著低成本、商業化、集群化方向發展，產值規模有望在2050年突破3,000億元。
發展概況
CCUS定義
碳捕集、利用與封存（Carbon Capture, Utilization and Storage，簡稱 CCUS）是指將CO2從工業過程、能源利用或大氣中分離出來，直接加以利用或注入地層以實現CO2永久減排的過程[1]。按照技術流程，CCUS主要分為碳捕集、碳運輸、碳利用、碳封存等環節。其中，碳捕集主要方式包括燃燒前捕集、燃燒后捕集和富氧燃燒等；碳運輸是將捕集的CO2通過管道、船舶等方式運輸到指定地點；碳利用是指通過工程技術手段將捕集的CO2實現資源化利用的過程，利用方式包括礦物碳化、物理利用、化學利用和生物利用等；碳封存是通過一定技術手段將捕集的CO2注入深部地質儲層，使其與大氣長期隔絕，封存方式主要包括地質封存和海洋封存。
政策環境：政策助力CCUS技術推廣和示范工程建設
CCUS是目前實現大規模溫室氣體減排的重要技術手段。短期內，我國以石油、煤炭等化石能源為主的能源結構難以改變，發展CCUS可促進化石能源的高效利用，加快傳統高排放行業的轉型發展，對我國實現“雙碳”戰略目標具有重要意義。近年來，我國出臺了一系列政策促進CCUS發展，具體內容包括推動CCUS示范工程建設、加強CCUS技術推廣示范、將CCUS納入綠色債券目錄等。
展開 碳捕集與封存(CCS)是如何工作的？
這些技術能否兌現承諾？
世界上有一個碳問題。要解決這個問題，就需要停止燃料燃燒的碳排放，轉而依靠風力渦輪機和太陽能電池等更清潔的能源。
但是，對于空氣中已經存在的現有CO2，以及每天排放的數百萬噸CO2，我們能做些什么嗎？
自然保護協會副主任Rebecca Benner說：“在人類歷史的大部分時間里，碳排放都是由大自然平衡的，但現在我們產生CO2的速度比大自然回收CO2的速度快得多。”
碳捕集與封存是一個總括性的術語，其中一些技術是在20世紀80年代首次提出的，旨在將排放的CO2釋放到空氣中之前，將其捕集并封存起來。
雖然碳捕集與封存尚未大規模進行，但公司和政客正在推動碳捕集與封存，將其作為引導國家走向碳中和的未來計劃的關鍵部分。
在《通脹削減法案》中稅收激勵措施的鼓勵下，一些美國公司提出了捕集CO2并利用或將其封存在地下的項目。
然而，一些環保人士對這些提議持懷疑態度，他們表示，碳捕集與封存可能會分散人們對減排工作的注意力。
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究竟什么是碳捕集？
濕地和森林等自然生態系統從空氣中吸收碳并將其轉化為生物質，這是地球自然碳循環的一部分。
因此，植樹是一種低技術含量的碳捕集方法，而且我們知道這種方法可以大規模使用。
但隨著化石燃料的持續使用，大氣中CO2含量的上升速度超過了僅靠自然過程能夠抵消的速度，專家們已經在尋找方法來增強大自然的能力。
全國各地都在努力植樹和進行其他小規模試驗。
展開 碳捕集、利用與封存(CCUS)價值鏈研究
圖6 Porthos項目:全范圍二氧化碳管理 圖源/MAN Energy Solutions
2.碳利用
CO2利用是指在工業或化工流程中直接或間接使用CO2生產有價值的含碳產品。并非所有的利用方案都能永久去除CO2，多數方案仍需要大量的可再生能源。
圖7 二氧化碳利用路徑 圖源/MAN Energy Solutions
碳封存
碳封存是將CO2儲存在油氣田或鹽堿含水層等地表下，該技術可追溯到20世紀70年代。
CO2的封存需要將其注入地下深層孔隙巖地質儲層，如鹽堿含水層、枯竭油氣儲層，或含有高濃度活性鈣鎂離子的巖層并已形成穩定的碳酸鹽。據國際能源署2020年一項詳細分析顯示，工業國家70%的排放量是在距離潛在儲存地點100至300公里的范圍內釋放的。目前，至少有8000Gt的空間可用于碳封存。
圖8 MAN Energy Solutions碳捕集、利用與封存解決方案 圖源/MAN Energy Solutions
地質封存的深度必須大于800米，以保持CO2處于稠密液體狀態。這就要求注入壓力通常保持在130至250 bar之間。氣候與能源方案中心列出了超過20處，在各種地質背景已經累計數十年經驗的封存現場。
壓縮技術
壓縮技術是實現CO2管道輸送或以液相注入的前提。壓縮和脫水過程在CO2捕集價值鏈的成本中占比約15%，在總能量消耗中占比約25%。
1.高效整體齒輪式壓縮機
隨著能源成本不斷增加，降低壓縮成本顯得尤為重要。壓縮機設計的選擇會有影響。整體齒輪式壓縮機在效率、中冷、葉輪總數、工藝抽氣/旁路的靈活性，以及入口導葉流量控制等方面優于單軸壓縮機設計。
展開 全球碳捕集與封存研究院：CCUS樞紐建設的優缺點
?行業協會已經匯集在了一起——比如能源技術研究所（ETI）和碳捕獲和存儲協會（CCSA）。
?來自挪威、英國和荷蘭的部長和政策制定者之間的跨國接觸，他們經常交談，交流信息，提供支持，并探索如何創建一個潛在的關聯項目網絡，以降低成本和風險。
?多方利益相關者聯盟一直負責通過美國聯邦政府的立法程序制定和指導45Q碳儲存稅收抵免立法。
來源：Jarad Daniels(CEO, Global CCS Institute),THE CCUS HUB PLAYBOOK—A guide for regulators, industrial emitters and hub developers，2022
文章來源洛卡碳科
展開 吳江等：基于“雙碳”背景的CCUS技術研究與應用
關鍵詞：碳達峰; 碳中和; CO2; 碳捕集、利用與封存; 催化劑
引用格式：
吳江,任思源,孫一景等.基于“雙碳”背景的CCUS技術研究與應用[J].華中科技大學學報（自然科學版）,2022,50(07):89-100.
二氧化碳捕集、利用與封存（CCUS）技術中4種CO2運輸方式優缺點對比！
”與“碳中和”目標的實現需要大幅度優化現有能源結構和經濟發展方式，同時也需要一定規模的二氧化碳捕集、利用與封存（CCUS）技術，用以回收較難用可再生能源替代部門的CO2排放。
韓國開發碳碳復合材料表面處理技術
近日，韓國研究團隊開發出一種碳碳復合材料表面處理技術，有望替代傳統的鍍鉻工藝。該項技術由韓國碳融合技術院和大英工程公司共同開發，采用了電解沉積涂裝工藝，可以在碳碳復合材料上呈現出鮮明的色彩。
碳碳復合材料是一種高強度的輕便型未來高端材料，而全州市是韓國碳碳復合材料產業的重點地區，隨著用途的進一步拓展，碳產業的競爭力也有望進一步提升。自2016年起，位于全州的韓國碳融合技術院與大英工程公司開展合作，共同開發可以呈現碳碳復合材料多彩顏色的電解沉積涂裝技術，該課題名稱為“碳復合配件高級電解沉積新工藝技術開發”，是一項創新融合研發項目，歷時兩年取得階段性成功。https://www.hongyantu.com/goodlist/sz/10391.html
值得一提的是，通過此次技術開發，韓國碳融合技術院將碳碳復合材料上賦予導電性，并與大英工程公司高級電解沉積涂裝技術相結合，可以在包括碳碳復合材料在內的各種絕緣配件上進行電解沉積涂裝。
如果該項技術得到商業化應用，還有望替代傳統的鍍鉻工藝，緩解環境污染問題。因此，該項技術已經得到了極大的關注。去年年底，在美國亞特蘭大舉辦的“國際表面處理博覽會”上，大英工程公司與80余家來自航天、航空和汽車行業的復合材料企業進行了洽談，與10家企業基本開展采購商談，也有部分企業于今年2月實地考察了大英工程公司的生產現場。https://www.hongyantu.com/goodlist/sz/10387.html
今年3月，大英工程公司投資50億韓元，用于興建電解沉積涂裝處理的專用產線，這項碳碳復合材料技術一旦實現商用化，不僅有助于企業增大銷售，還可以為地區創造更多的就業崗位，進而帶動全州地區的經濟發展。
展開 
碳中和時代，我們需要什么技術來減少碳排放？
術和技術創新已經成為減少全球能源系統排放的關鍵推動力，但如果我們要實現全球凈零排放目標，就需要加快步伐。公眾號：3060碳達峰碳中和。
地理、政治、經濟和社會環境將決定將世界不同地區的能源系統過渡到凈零排放的確切途徑。然而，從廣義上講，減少全球能源系統的碳排放需要加快技術部署以實現兩個目標：(i) 盡可能多地滿足能源需求；(ii) 電力供應完全脫碳，尤其是使用可再生能源。
電氣化和可再生能源是國際能源署 (IEA) 2021-2050 年凈零情景中最重要的兩項緩解措施，占所需減排量的 54%（見下圖）。
電氣化
電氣化能源需求是指使用低碳電力來滿足傳統上來自化石燃料的能源需求。這是通過技術轉換實現的，例如用電動汽車代替內燃機汽車，用熱泵代替天然氣或燃油鍋爐為建筑物供暖。在工業中，可以使用清潔電力代替化石燃料來提供低溫和中溫熱量或為某些鋼鐵生產過程提供動力。電氣化潛力巨大?少最終能源需求并因此減少排放，因為電力技術往往比提供類似能源服務的基于化石燃料的替代品更有效。事實上，國際能源署估計，到 2050 年，電氣化可以提供實現凈零能源系統所需的累計減排量的近五分之一 (19%)。公眾號：3060碳達峰碳中和。
當然，如果電力來自低碳來源（可再生能源、核能或熱能發電以及碳捕獲、使用和儲存 [CCUS]），電氣化只會在有意義的程度上減少排放。
展開 行業熱點 ｜ 石化行業的CCUS技術
中國碳核算數據庫（CEADs）有效數據顯示，2022年，中國碳排放量累計110億噸，約占全球碳排放量的28.87%。其中，工業排放量42億噸，占全國排放量的38.18%。創新性應用CCUS技術成為實現碳達峰碳中和的重要技術手段。
何為CCUS技術？CCUS（碳捕集、利用與封存）是指二氧化碳捕集、運輸及再利用或安全封存的技術組合，是當前全球公認最具潛力，最具實效的減排手段。
在整套碳轉換流程中，碳捕集是首要環節。在石化行業中，目前最先進和被廣泛采用的碳捕獲技術是化學吸附和物理分離，也就是利用二氧化碳和化學溶劑之間的反應，或者是吸附劑、新型膜來抽離出二氧化碳。
從產業鏈來看，碳捕集是最關鍵的部分，也是成本和能耗的最大來源。而碳利用與封存是CCUS經濟效益的重要產出部分，也是技術的難點。全國石化行業圍繞CCUS產業鏈的投資主要集中在碳捕集和碳利用、封存兩個細分領域。
碳捕集技術
石化行業碳捕集的方法按照對燃料、氧化劑和燃燒產物采用的措施，可以分為燃燒前捕集、純氧燃燒和燃燒后捕集3種。
燃燒前捕集是相對成本較低、效率較高的一種方法。此方法將化石燃料氣化成合成氣(主要成分為H2和CO)，然后通過變換反應將CO轉化為CO2，再通過溶劑吸收等方法將H2和CO2分離開對CO2進行收集。
展開 碳纖維簡史：今天從美國碳纖維技術發展史說起！
（二）高性能碳纖維技術誕生于基礎研究的科學發現。
石墨晶須，及其特性和微觀結構，是在基礎科學研究中發現的。這一發現，為高性能碳纖維制造技術研究提供了方向和目標。20世紀50-70年代，基礎科學研究的發現和大量工程技術的發明，對于高性能碳纖維技術的成熟和完善，功不可沒。
（三）高性能碳纖維技術領域存在著“美日同盟”。
日本科學家進藤昭男之所以萌生開展碳纖維研究的念頭，是因為受到了美國該領域技術進展報道的啟發。日本東麗公司成功實現PAN基碳纖維商業化后，與美國聯合碳化物公司簽署原絲與碳化技術互換協議，使兩家公司同時擁有了高性能碳纖維生產的全過程技術。此后，其它日本公司也生產出了性能優異的丙烯腈纖維前驅體。
日本住友公司（Sumitomo Corporation）為美國赫爾克里斯公司（Hercules Incorporated）提供丙烯腈纖維前驅體，并經英國考陶爾斯公司（CourtauldsPLC）授權生產碳纖維。美日技術合作使高性能碳纖維技術得以快速研發并廣泛應用。
今天，美國波音飛機采用的都是日本東麗公司生產的碳纖維。2015年，日本東麗公司又把從丙烯腈原絲到碳化的全過程碳纖維生產工廠建在了美國，以滿足波音公司生產先進飛機對碳纖維快速增長的需求。美日的技術互動，是推動高性能碳纖維技術不斷向前沿發展的重要因素之一。
（來源：碳纖維生產技術）
展開 CCUS技術在油氣行業中的應用
“雙碳”是碳達峰與碳中和的簡稱，2020年9月中國明確提出了2030年“碳達峰”與2060年“碳中和”目標。想要完成“雙碳”的目標，CCUS技術（Carbon Capture，Utilization and Storage）即碳捕獲、碳利用、碳封存技術是最重要的技術途徑之一。
目前全球主要能源研究機構、碳減排倡導組織、以及一些國家和地區都將CCUS技術作為未來主要的碳減排技術。
一方面CCUS技術具有較大的碳減排潛力；另一方面它與化石燃料系統具有良好的結合度，可以被廣泛應用于油氣、機械加工、化工、消防等行業。本文將介紹CCUS技術產業模式及國內的發展現狀，分析CCUS技術在油氣行業的應用。
一、CCUS技術介紹以及產業模式
1.CCUS技術介紹
作為應對全球氣候變化、控制溫室氣體排放的重要技術手段，CCUS是通過把生產過程中排放的CO?進行捕集提純，繼而投入新的生產過程進行再利用和封存的技術。CCUS技術產業鏈是由包括碳捕捉、運輸、利用和封存在內的多個環節組成。
碳捕捉：該過程涉及將CO?從燃料燃燒或工業過程中分離出來。此過程可以通過不同的技術實現，包括吸收、吸附、分離和膜分離等。
碳運輸：一旦CO?被捕捉后，它必須從源頭輸送到注入或利用的地點，通常涉及使用管道運輸。
碳利用：除了注入地下儲層外，CO?還可以被用于不同用途，產生新的化學品和材料，主要通過將其與其他化合物反應來實現。例如將CO?與氫氣結合生成甲烷。
碳封存：CO?被注入到地下儲層中，以實現長期封存。
2.CCUS產業模式
目前國內外CCUS產業模式分為3類：
CU型：產業環節組合為捕集—利用，即對排放的CO?進行捕集，其捕集的CO?直接利用于化學品、制冷、飲料等。
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