碳捕集與封存
關注創建者：匿名 創建時間：2026-01-04
碳捕集與封存的實例教程
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 如下述全球碳捕集與封存研究院2021年的研究所示，隨著CO2濃度的降低，能耗以及設備大小均會增加。盡管CO2分離技術在各類化學工藝中應用了數十年，但低濃度煙氣凈化仍然是一項成本高、無利可圖的投資，即使主要研究在努力減少投資成本與能耗。
捕集和凈化是CO2價值鏈中成本最高的一步。全球碳捕集與封存研究院的研究表明，若以使用壽命30年計算，每吉焦煤炭成本為2.1美元，每吉焦天然氣則是4.2美元，這意味著上述15%到20%碳捕集成本來自能源本身。能源至關重要，其價格在2022年初上漲了三倍，從根本上改變了碳捕集和封存的經濟效益。
一些大規模工業流程是碳捕集的理想場景，因為煙氣CO2濃度高且凈化成本低。盡管捕捉成本更低，仍鮮有這樣的碳源被開發利用。
圖2 碳捕集與凈化成本(上)不同工藝流程中的CO2濃度(下) 圖源/MAN Energy Solutions
碳捕集
捕集CO2的方法可分為三類：燃燒后捕集、富氧燃燒捕集和燃燒前捕集。
1.燃燒后捕集
燃燒后捕集技術在燃燒后將CO2從煙氣中分離。具有CO2高親和力的選擇性化學溶劑，例如胺，最適用于CO2低分壓的煙氣，絕大多數現有工業排放可采用該技術捕集。胺吸收是一項成熟技術，改造過程通常不會影響現有工藝，也無需大量的技術變更。這也是Aker Carbon Capture公司的建議，采用CO2壓縮加熱胺的模塊化裝置。胺吸收有良好的應用記錄，多個大型工業裝置正在運行，包括2016年SaskPower Boundary Dam項目，2017年Petra Nova, Texas項目，2021年HeidelbergCement, Brevik項目。胺吸收技術的劣勢在于溶劑再生需要額外多達20%至30%能耗。
展開 技術環境：我國CCUS研發能力不斷突破，但部分關鍵技術與國際先進水平仍存在一定差距
隨著國家科技重大專項、國家重點研發計劃等支持不斷，我國在CCUS各環節的關鍵技術不斷突破，其中，碳捕集環節的燃燒前物理吸收法、碳利用環節的鈾礦地浸開采技術等已處于商業應用階段。與此同時，我國仍存在CCUS相關設施數量較少、項目規模較小等短板，部分關鍵技術落后于國際先進水平。根據《二氧化碳捕集、封存與利用技術應用狀況》數據，中國已建成投產、在建及擬建的碳捕集與封存設施數量占全球總量的7.7%，占比遠低于美國的50.8%。賽迪顧問數據顯示，2021年我國捕集規模在30萬噸/年以下的CCUS項目數量占比達88.9%，捕集規模超過60萬噸/年的項目僅占3.7%，而美國CCUS單項年均碳捕集規模約241.4萬噸/年。
發展現狀
生態結構：按照產業流程，CCUS主要由碳排放、碳捕集、碳運輸、碳利用與封存等環節組成
碳排放主要分為煤化工、制氫等高濃度排放和石油化工、煉鋼、燃煤、燃氣等中低濃度排放。碳捕集、碳利用與封存是CCUS三大重點環節，下文將詳細闡述。碳運輸主要分為罐車運輸、船舶運輸和管道運輸等。其中，罐車運輸和船舶運輸已達到商業應用階段，海底管道運輸則仍處于研究階段。
（1）碳捕集：既是CCUS的首要環節，也是CCUS流程中成本主要來源。碳捕集主要從工業廢氣和大氣中捕獲，CO2濃度越高，捕集成本越低。按碳捕集與燃燒的先后順序可將碳捕集技術分為燃燒前捕集、燃燒后捕集和富氧燃燒捕集。燃燒前捕集成本相對較低、效率較高，但適用性不高；燃燒后捕集雖應用較廣，但相對能耗和成本更高；富氧燃燒對操作環境要求高，目前仍處于示范階段。
展開 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。
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三、下游應用與環保監測：排放控制與碳管理
隨著全球“雙碳”目標推進，石油企業面臨日益嚴格的環保法規，在火炬氣回收、VOCs（揮發性有機物）排放監測及碳捕集與封存（CCS）項目中，質量流量計用于實時監測廢氣排放量，為碳足跡核算和合規報告提供數據支撐，Bronkhorst 提供適用于低流量、多組分氣體的專用傳感器，可精準識別并計量復雜混合氣體中的目標成分。
<p class="ql-align-justify"><span style="color: rgb(34, 34, 34);">2026第四屆上海國際碳捕集技術展覽會暨中國CCUS技術發展論壇</span></p><p class="ql-align-justify">時間：2026年4月13-15日</p><p>地點：上海新國際博覽中心</p><p class="ql-align-justify
由于其他制氫工藝在技術和成本方面仍受制約，煤制氫將是中國初期及中期階段的主要氫源，而碳捕集利用與封存（CCUS）技術是實現低碳煤制氫的關鍵技術選擇?？紤]到CCUS技術的額外能耗和碳捕集的不完全性等特點，煤制氫耦合CCUS技術全流程仍將產生不同程度的碳排放，但相關評估較少。
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。
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。
圖6：各國碳捕集與封存設施建設情況
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%。
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。
建立完善市場機制，允許各類市場主體投資參與CCUS全產業鏈，特別是碳捕集和封存業務，打造開放競爭的產業發展市場環境。
應用場景二：工業碳捕集
目前全球碳捕集與封存技術的公開數量已達3000 項以 上，石油化工行業是碳捕集與封存技術的主要應用領域，排放、成本、效率和能耗是該技術創新的主要著力點。
從事碳捕集、利用與封存（CCUS）技術研究與產業化應用13年，先后主持了中歐國際合作項目1項，國家重點研發計劃專題2項，中國工程院咨詢項目2項，江蘇省“雙碳”課題2項，寧波市“雙碳”重大項目1項，四川省科技廳項目1項，參加國家重點研發計劃課題2項，承擔企業橫向技術開發項目20余項，發表論文120余篇，獲專利授權63件，榮獲省部級科技獎勵12項。
