碳捕集利用與封存的案例
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 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 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、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 
深度解析：碳捕集、利用與封存（CCUS）技術工藝及其適用性
碳捕集、利用與封存（CCUS）是指將工業和有關能源產業所生產的CO?分離、利用，輸送至封存地點并長期與大氣隔絕的過程。
碳捕集、利用與封存（CCUS）流程
國際能源署(IEA)、聯合國政府間氣候變化專門委員會(IPCC)、國際可再生能源機構(IRENA)等均指出CCUS是最具潛力、最具實效的碳處理技術。作為我國實現碳中和目標技術組合的重要組成部分，不僅是我國化石能源低碳利用的唯一技術選擇，保持電力系統靈活性的主要技術手段，而且是鋼鐵水泥等難減排行業的可行技術方案。
CO?捕集
CO?捕集技術是指將電力、化工等行業利用化石能源時產生的CO?進行收集和分離的過程，該環節是CCUS系統耗能和成本產生的主要環節。按照分離流程，捕集技術可劃分為3個方向:燃燒前捕集、富氧燃燒捕集、燃燒后捕集。
傳統碳捕集技術（來源：DeepTech）
燃燒前捕集技術包括整體煤氣化聯合循環發電（IGCC）和工業分離兩大類。IGCC是將煤炭、生物質、石油焦等燃料進行氣化，凈化后的氣體用于燃氣—蒸汽聯合循環發電的技術；工業分離是指煤制油、煤制氣、天然氣處理、水泥、甲醇、化肥等產業中進行CO?分離。
燃燒后捕集技術主要是在燃煤發電廠采用物理化學方法對燃燒后煙道氣中的CO?進行捕集。
展開 碳捕集技術的創新是否滯后？
碳捕集和封存
碳捕集和封存（CCS）是指一系列可以通過減少CO
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排放來對抗大氣中CO
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水平的技術。這些技術在燃燒化石燃料產生的CO
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釋放到大氣中之前將其捕集。然后將捕集的CO
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壓縮并運輸到封存地點，例如地質構造、空出的石油或天然氣儲層。
CCS也可稱為CCUS（碳捕集、利用和封存），其中捕集的CO
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用于某些下游目的，如提高石油采收率（EOR）或用于生產化學品。
根據國際能源暑的數據，2022年全球CO
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排放量減少了4500萬噸，主要是碳捕集、利用和封存。根據項目開發商的公告，預計到2030年，這一數字將上升至2.2億噸CO
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。然而，即使所有計劃項目都得到了實施，這也遠遠達不到2030年凈零情景下的要求。圖2用黃色條顯示了這一重大的預測缺口。
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！
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。該單位與 Eni 的合作符合他們開放的創新生態系統，與志同道合的組織合作，從初創公司到跨國公司，共同創造更大的不同。
展開 碳捕集與封存(CCS)是如何工作的？
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。目前正在開發兩種更大規模的方法：燃燒后捕集和直接空氣捕集。
展開 好文共享！一文講述我國 CCUS 技術的發展現狀、示范工程進展、成本與效益等
碳捕集利用與封存技術不僅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、最終實現碳中和目標等方面具有重要意義。
中國工程院李陽院士科研團隊在中國工程院院刊《中國工程科學》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。在成本效益方面，盡管當前碳捕集利用與封存技術成本較高，但未來可有效降低實現碳中和目標的整體減排成本。
展開 CCUS碳捕集-二氧化碳捕集技術匯總
CCS（carbon capture and storage）即二氧化碳的捕集和封存技術，是將CO2從電廠等工業或其他排放源分離，經富集、壓縮并運輸到特定地點，注入儲層封存以實現被捕集的CO2與大氣長期分離的技術。在此技術基礎上發展出CCUS。
碳捕集、利用與封存技術（CCUS，Carbon Capture，Utilization and Storage）是將二氧化碳從化石燃料電廠或工業設施中捕集提純，然后通過運輸投入新的生產過程加以利用，最終實現有效封存二氧化碳的目的。它在捕集、運輸、長期封存三個環節基礎上增加了對二氧化碳利用的環節，目前主要利用方式包括提高采收率、食品級二氧化碳精制，以及其他工業利用方式。與CCS相比，CCUS可以將二氧化碳資源化，能產生經濟效益，更具有現實操作性。
簡單來說，CCUS技術即為將二氧化碳捕集起來，然后繼續再利用或者封存起來的技術。那么，二氧化碳的捕集技術有哪些呢？
1、化學吸收法
化學吸收法是指化學溶劑通過與CO2發生化學反應，對二氧化碳進行吸收，當外部條件如溫度發生或壓力改變時，使得反應逆向進行，從而達到二氧化碳的解析及吸收劑的循環再生的目的。二氧化碳捕集流程圖如下圖所示：
其基本過程為：煙氣在脫硫、脫硝后，經引風機從底部進入吸收塔，同時吸收液從吸收塔的頂部噴淋而下，煙氣和吸收液在吸收塔內接觸后發生反應。
展開 全球碳捕集與封存研究院：CCUS樞紐建設的優缺點
Carbon Peak and Carbon Neutrality
引言
作為“雙碳戰略”重要組成部分的CCUS為政府和工業界提供了重要的機會。近年來，幾十個新的CCUS項目處于正在建設或規劃中，越來越多的國家提供了成熟的政策支持。據全球碳捕集與封存研究院（Global CCS Institute）研究成果顯示，一個有效的政策解決方案是支持CCUS網絡和樞紐的形成。在此環境下，排放者、監管機構和CCUS樞紐開發人員合作，建立共享的基礎設施，實現規模經濟，并在一個新的工業價值鏈中開發實際可行的商業模式。隨著這些CCUS樞紐的發展，正在把越來越多的CCUS項目變成一個可擴展的現實。
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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。
什么是碳中和、碳達峰、碳匯、碳配額、碳交易，CCUS、CCER，你都懂嗎？
碳捕集利用與封存簡稱CCUS，是把生產過程中排放的二氧化碳進行捕獲提純，繼而投入到新的生產過程中進行循環再利用或封存的一種技術。其中，碳捕集是指將大型發電廠、鋼鐵廠、水泥廠等排放源產生的二氧化碳收集起來，并用各種方法儲存，以避免其排放到大氣中。
該技術具備實現大規模溫室氣體減排和化石能源低碳利用的協同作用，是未來全球應對氣候變化的重要技術選擇之一。
六、什么是碳排放權（CER）？
碳排放權，即核證減排量（Certification Emission Reduction，CER）的由來。2005 年，伴隨《京都議定書》生效，碳排放權成為國際商品。碳排放權交易的標的稱為“核證減排量（CER）”。
排放權從哪里來？配額一級市場和二級市場并存。
1）一級市場一般由各省發改委進行配額初始發放的市場，分為無償分配和有償分配。
其中：有償分配附帶有競價機制，遵循配額有償、同權同價的原則，以封閉式競價的方式進行。
2）二級市場是控排企業或投資機構進行交易的市場。
七、什么是碳交易？
碳交易，即把二氧化碳排放權作為一種商品，買方通過向賣方支付一定金額從而獲得一定數量的二氧化碳排放權，從而形成了二氧化碳排放權的交易。
碳交易市場是由政府通過對能耗企業的控制排放而人為制造的市場。通常情況下，政府確定一個碳排放總額，并根據一定規則將碳排放配額分配至企業。如果未來企業排放高于配額，需要到市場上購買配額。
展開 CCUS技術的減排效果如何？每年減排二氧化碳300萬噸！CCUS到底有多重要！
CCUS是Carbon Capture, Utilization and Storage的縮寫，中文可翻譯為碳捕集、利用與封存技術。該技術主要用于降低工業和能源生產過程中二氧化碳等溫室氣體的排放，防止其對全球氣候變化造成威脅。
具體來說，CCUS包括三個步驟：第一，通過各種技術手段從工業、能源等生產過程中分離出二氧化碳等溫室氣體；第二，將二氧化碳進行利用，如作為化學品原料或者肥料等；第三，將剩余的二氧化碳永久封存在地下或海底低滲透率的巖層或鹽穴等地質層中，避免其進入大氣層并引發溫室效應。CCUS技術的研究和應用旨在實現環境友好型能源的發展，對于減輕全球氣候變化問題具有重要意義。
不僅可以減少大氣層中溫室氣體的排放，還可以促進清潔能源技術創新和推廣，減少對傳統化石能源的依賴。該項目是寧夏地方政府牽手兩家行業龍頭央企強強聯合共同打造的綠色低碳示范項目，在全球首次實現現代煤化工和大型油氣田開采之間的綠色減碳合作，建成后將成為我國最大的碳捕集利用與封存全產業鏈示范基地。
寧夏寧東能源化工基地是國家重要的能源化工基地和現代煤化工產業基地，煤化工項目集中，二氧化碳排放大、來源足、濃度高、易捕集，以國能寧煤400萬噸煤制油項目為例，易于捕集的98.5%以上濃度二氧化碳排放1245萬噸/年，具有開展CCUS項目十分優越的碳源條件。
展開 丁仲禮院士：發展CCUS全產業鏈技術是穩健推進中國綠色低碳發展的重要一環
導 讀
3月17日，第七屆碳捕集利用與封存國際論壇在北京昌平中國石油科技交流中心開幕。來自全球10多個國家的能源界、科技界近600位政府官員、企業高管、專家學者與會，交流探討CCUS（二氧化碳捕集、利用與封存）技術創新和產業發展路徑，政、產、學、研四方合力推動CCUS產業體系做大做強，聯手促進全球能源綠色低碳轉型。
CCUS作為革命性的綠色低碳技術，將生產過程中排放的二氧化碳捕集后加以利用，可用于地下驅油、生產化工原料等，實現二氧化碳排放變廢為寶。將二氧化碳大量封存地下可以緩解氣候變化。
CCUS是國際公認的三大減碳途徑之一，能夠實現大規模化石能源零排放利用，CCUS也是實現碳達峰碳中和的兜底技術，在碳達峰碳中和進程中具有不可替代的重要作用。據國際能源署預測，全球利用CCUS減碳將在2030年、2035年、2050年分別達16億噸、40億噸和76億噸，分別占2020年全球碳排放總量的4.7%、11.8%和22.4%。
中國科學院院士丁仲禮指出，我國能源活動碳排放約占全國碳排放總量的77%，能源發展轉型任務更加緊迫，必須直面碳減排這個“硬骨頭”。發展CCUS全產業鏈技術，是穩健推進我國綠色低碳發展的重要一環。
CCUS產業技術發展是一個多層次、跨行業的系統工程。不同地區全產業鏈技術水平仍有較大差距，產業化發展成本依然較高。中國石油集團董事長、中國工程院院士戴厚良提出，大家要攜手同行，以工程思維合力推進，加快形成CCUS產業化規模化經濟利用，為此，他提出，合力破解CCUS科學技術難題、合力推進CCUS全產業鏈示范工程、合力構建CCUS高質量發展良好環境。
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