碳捕集利用與封存產業(yè)的案例
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(yè)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(wěn)定的碳酸鹽。據國際能源署2020年一項詳細分析顯示，工業(yè)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(tài)。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(yōu)于單軸壓縮機設計。
展開 2022年中國碳捕集、利用與封存（CCUS）行業(yè)洞察報告
技術環(huán)境：我國CCUS研發(fā)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(fā)計劃等支持不斷，我國在CCUS各環(huán)節(jié)的關鍵技術不斷突破，其中，碳捕集環(huán)節(jié)的燃燒前物理吸收法、碳利用環(huán)節(jié)的鈾礦地浸開采技術等已處于商業(yè)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(guī)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(guī)模在30萬噸/年以下的CCUS項目數量占比達88.9%，捕集規(guī)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(guī)模約241.4萬噸/年。
發(fā)展現狀
生態(tài)結構：按照產業(yè)流程，CCUS主要由碳排放、碳捕集、碳運輸、碳利用與封存等環(huán)節(jié)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(huán)節(jié)，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(yè)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(huán)節(jié)，也是CCUS流程中成本主要來源。碳捕集主要從工業(yè)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(huán)境要求高，目前仍處于示范階段。
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(yè)和有關能源產業(yè)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(yè)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(yè)利用化石能源時產生的CO?進行收集和分離的過程，該環(huán)節(jié)是CCUS系統耗能和成本產生的主要環(huán)節(jié)。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(huán)發(fā)電（IGCC）和工業(yè)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(huán)發(fā)電的技術；工業(yè)分離是指煤制油、煤制氣、天然氣處理、水泥、甲醇、化肥等產業(yè)中進行CO?分離。
燃燒后捕集技術主要是在燃煤發(fā)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 CCUS新技術：我國碳捕集利用與封存技術發(fā)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(fā)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(yè)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(yè)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(wěn)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(fā)表《我國碳捕集利用與封存技術發(fā)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(fā)展迅速，與國際整體發(fā)展水平相當，目前處于工業(yè)化示范階段，但部分關鍵技術落后于國際先進水平。在工業(yè)示范方面，我國具備了大規(guī)模捕集利用與封存的工程能力，但在項目規(guī)模、技術集成、海底封存、工業(yè)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(yè)減排需求極大，考慮源匯匹配之后不同地區(qū)陸上封存潛力差異較大。
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(yè)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(fā)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(yè)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(fā)單位的創(chuàng)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(chuàng)新和技術發(fā)展是成功應對能源轉型挑戰(zhàn)的戰(zhàn)略關鍵，它將利用 Eni 的研發(fā)專業(yè)知識和 Holcim 的經驗。通過為難以減排的行業(yè)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(huán)保的建筑，從而增加我們范圍廣泛的創(chuàng)新低排放原材料。研發(fā)廠家的團隊目前正在繪制歐洲最相關的地點，以進行工業(yè)規(guī)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(yè)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(xù)建筑在全球成為現實，同時減少企業(yè)運營的足跡。該單位與 Eni 的合作符合他們開放的創(chuàng)新生態(tài)系統，與志同道合的組織合作，從初創(chuàng)公司到跨國公司，共同創(chuàng)造更大的不同。
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(guī)劃承諾的問題，也是關系到我們人類賴以生存的環(huán)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(fā)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(xù)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 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(guī)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(huán)保人士對這些提議持懷疑態(tài)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(tài)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(huán)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(guī)模使用。
但隨著化石燃料的持續(xù)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(guī)模試驗。目前正在開發(fā)兩種更大規(guī)模的方法：燃燒后捕集和直接空氣捕集。
展開 全球碳捕集與封存研究院：CCUS樞紐建設的優(yōu)缺點
Carbon Peak and Carbon Neutrality
引言
作為“雙碳戰(zhàn)略”重要組成部分的CCUS為政府和工業(yè)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(guī)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(huán)境下，排放者、監(jiān)管機構和CCUS樞紐開發(fā)人員合作，建立共享的基礎設施，實現規(guī)模經濟，并在一個新的工業(yè)價值鏈中開發(fā)實際可行的商業(yè)模式。隨著這些CCUS樞紐的發(fā)展，正在把越來越多的CCUS項目變成一個可擴展的現實。
展開 二氧化碳捕集、利用與封存（CCUS）技術中4種CO2運輸方式優(yōu)缺點對比！
”與“碳中和”目標的實現需要大幅度優(yōu)化現有能源結構和經濟發(fā)展方式，同時也需要一定規(guī)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。
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(yè)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(yè)、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(fā)溫室效應。CCUS技術的研究和應用旨在實現環(huán)境友好型能源的發(fā)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(chuàng)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(yè)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(yè)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(yè)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(yōu)越的碳源條件。
展開 CCUS的英國經驗
2020年9月，中國提出了“2030年碳達峰、2060年碳中和”的戰(zhàn)略，這也讓中國的CCUS發(fā)展進入全新階段。
從2021年開始，我國CCUS全產業(yè)鏈研發(fā)和全流程示范應用進入新階段，項目迅速增多，規(guī)模越來越大。據統計，中國目前擁有超過50個CCUS項目，每年捕獲二氧化碳能力超過300萬噸。
2022年8月，中國最大的碳捕集、利用與封存全產業(yè)鏈示范基地、首個百萬噸級CCUS項目——“齊魯石化-勝利油田百萬噸級CCUS項目”正式注氣運行，標志著中國CCUS產業(yè)開始進入技術示范中后段——成熟的商業(yè)化運營。
盡管成果斐然，但中國的CCUS發(fā)展相比于雄心勃勃的碳中和戰(zhàn)略，還存在一定的差距。
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