葉云云，廖海燕，王鵬，王軍偉，李全生

（1. 神華浙江國(guó)華浙能發(fā)電有限公司，浙江寧波 315612；2. 神華國(guó)華（北京）電力研究院有限公司，北京 100025；3. 廣東國(guó)華粵電臺(tái)山發(fā)電有限公司，廣東臺(tái)山 529228；4. 國(guó)家能源投資集團(tuán)有限責(zé)任公司，北京 100011）

一、前言

《巴黎協(xié)定》為2020年后全球應(yīng)對(duì)氣候變化行動(dòng)作出安排，它是世界各國(guó)向低碳經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型的承諾。CO2引起的氣候變化問(wèn)題已成為國(guó)際社會(huì)普遍關(guān)心的重大全球性問(wèn)題，正在對(duì)人類(lèi)的生存與發(fā)展產(chǎn)生深刻影響。大氣中CO2濃度的大幅增加，主要源自于人類(lèi)生產(chǎn)和生活過(guò)程中燃燒大量化石燃料，引起全球氣候變暖，導(dǎo)致一些動(dòng)植物滅絕和極端惡劣天氣增多。我國(guó)CO2排放量世界第一，并將繼續(xù)增加，正面臨日益強(qiáng)烈的減排要求。因此，我國(guó)迫切需要采取有效措施，減少CO2排放量，減緩CO2排放強(qiáng)度。

CO2捕集、封存與利用技術(shù)，是一項(xiàng)新興的、具有較大潛力減排CO2的技術(shù)，有望實(shí)現(xiàn)化石能源的低碳利用，被認(rèn)為是應(yīng)對(duì)全球氣候變化、控制溫室氣體排放的重要技術(shù)之一[1]。但是，由于存在安全隱患、成本較高、能耗較大、CO2利用市場(chǎng)容量未知等多方面的挑戰(zhàn)，發(fā)展碳捕獲和埋存/碳捕獲、利用和埋存（CCS/CCUS）技術(shù)還廣受爭(zhēng)議。

本文通過(guò)調(diào)研CCS/CCUS技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展前景，提出我國(guó)CCS/CCUS技術(shù)的發(fā)展思路、發(fā)展目標(biāo)，預(yù)測(cè)我國(guó)CO2排放量及使用CCS/CCUS技術(shù)的減排量，提出我國(guó)CCS/CCUS技術(shù)發(fā)展的保障措施及政策建議，以期為推動(dòng)我國(guó)能源生產(chǎn)和消費(fèi)革命提供參考依據(jù)。

二、發(fā)展現(xiàn)狀和國(guó)內(nèi)外對(duì)比

CCS/CCUS技術(shù)涉及整個(gè)技術(shù)鏈條，包括二氧化碳捕集技術(shù)、二氧化碳運(yùn)輸技術(shù)和二氧化碳埋存/利用技術(shù)。

（一）二氧化碳捕集技術(shù)

當(dāng)前常用的二氧化碳捕集技術(shù)可分成三大類(lèi)：燃燒后捕集技術(shù)、富氧燃燒技術(shù)和燃燒前捕集技術(shù)。

1.燃燒后捕集技術(shù)

燃燒后捕集技術(shù)就是從燃燒生成的煙氣中分離二氧化碳，主要包括化學(xué)吸收法、物理吸附法、膜分離以及低溫分餾等技術(shù)。燃燒后捕集是一種很好的方式，因?yàn)樗挥绊懮嫌稳紵に囘^(guò)程，并且不受煙氣中CO2濃度影響，適合所有的燃燒過(guò)程[2]。

2014年，加拿大邊界大壩電廠3號(hào)機(jī)組燃燒后碳捕集全流程示范項(xiàng)目建成并投入運(yùn)營(yíng)，是目前世界上最大規(guī)模的燃燒后碳捕集項(xiàng)目[3]。自2007年12月，華能北京熱電廠建成我國(guó)第一個(gè)燃煤電廠燃后捕集示范項(xiàng)目以來(lái)，我國(guó)已經(jīng)建成多個(gè)示范工程項(xiàng)目。2017年我國(guó)神華國(guó)華錦界電廠1.5×105t/a CCS全流程項(xiàng)目完成設(shè)計(jì)工作，開(kāi)始建設(shè)。

2.富氧燃燒技術(shù)

富氧燃燒技術(shù)是用高純度的氧代替空氣作為主要的氧化劑燃燒化石燃料的技術(shù)[4]。它在保留原來(lái)的發(fā)電站結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，把深冷空氣分離過(guò)程與傳統(tǒng)燃燒過(guò)程結(jié)合起來(lái)，使煙氣中的CO2濃度可達(dá)到80%或更高，再經(jīng)過(guò)提純過(guò)程可以達(dá)到95%以上，從而滿足大規(guī)模管道輸送以及封存的需要。

富氧燃燒技術(shù)已在世界范圍內(nèi)成為研究和發(fā)展的主題，國(guó)內(nèi)外已建成多套試驗(yàn)裝置和系統(tǒng)，中國(guó)、美國(guó)和英國(guó)等國(guó)家均在積極開(kāi)展示范工程，但到目前為止，還沒(méi)有一家大規(guī)模全流程的富氧燃燒CCS示范電站建成[3]。

目前，制約富氧燃燒技術(shù)發(fā)展最大的瓶頸在于制氧設(shè)備投資和成本太高[5]，而近期出現(xiàn)的一些新的制氧技術(shù)，如變壓吸附、膜分離等技術(shù)，可望大幅度地降低制氧成本，但這些新技術(shù)尚未成熟，沒(méi)有大規(guī)模的商業(yè)應(yīng)用。

3.燃燒前捕集技術(shù)

燃燒前捕集技術(shù)主要是指燃料燃燒前，將碳從燃料中分離出去，參與燃燒的燃料主要是H2，從而使燃料在燃燒過(guò)程中不產(chǎn)生CO2。該技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)是CO2濃度較高，捕集系統(tǒng)小、能耗低，主要缺點(diǎn)是系統(tǒng)較為復(fù)雜，其應(yīng)用的典型案例是整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)（IGCC）。

自20世紀(jì)80年代中期開(kāi)始運(yùn)行第一臺(tái)IGCC電站以來(lái)，現(xiàn)在全世界已建、在建和擬建的IGCC電站近30座。我國(guó)現(xiàn)已具有多套300 MW級(jí)容量IGCC機(jī)組的氣化爐設(shè)計(jì)及建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，以及200 MW級(jí)及以下容量IGCC機(jī)組氣化爐設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)行等業(yè)績(jī)。

（二）二氧化碳運(yùn)輸技術(shù)

1.罐車(chē)運(yùn)輸技術(shù)

用罐車(chē)運(yùn)輸CO2的技術(shù)目前已經(jīng)成熟，而且我國(guó)也具備了制造該類(lèi)罐車(chē)和相關(guān)設(shè)備的能力。

罐車(chē)分為公路罐車(chē)和鐵路罐車(chē)兩種。公路罐車(chē)具有靈活、適應(yīng)性強(qiáng)和方便可靠的優(yōu)點(diǎn)，但是運(yùn)量小、運(yùn)費(fèi)高且連續(xù)性差。鐵路罐車(chē)可以長(zhǎng)距離輸運(yùn)大量CO2，但是除考慮到當(dāng)前鐵路的現(xiàn)實(shí)條件，還需考慮在鐵路沿線配備CO2裝載、卸載以及臨時(shí)儲(chǔ)存等相關(guān)設(shè)施，勢(shì)必大大提高運(yùn)輸成本，因此目前國(guó)際上還沒(méi)有用鐵路運(yùn)輸?shù)南壤?/p>

2.船舶運(yùn)輸技術(shù)

從世界范圍看，船舶運(yùn)輸還處于起步階段，目前只有幾艘小型的輪船投入運(yùn)行，還沒(méi)有大型的用于運(yùn)輸CO2的船舶。但是必須注意到，當(dāng)海上運(yùn)輸距離超過(guò)1 000 km時(shí)，船舶運(yùn)輸被認(rèn)為是最經(jīng)濟(jì)有效的CO2運(yùn)輸方式，運(yùn)輸成本將會(huì)下降到0.1 元 /（t·km）以下。

3.管道運(yùn)輸技術(shù)

由于管道運(yùn)輸具有連續(xù)、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保等多方面優(yōu)點(diǎn)，而且技術(shù)成熟，對(duì)于CCS這樣需要長(zhǎng)距離運(yùn)輸大量CO2的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，管道運(yùn)輸被認(rèn)為是最經(jīng)濟(jì)的陸地運(yùn)輸方式。但是，由于海上管道建設(shè)難度較大，建設(shè)成本較高，因此目前還沒(méi)有用于CO2運(yùn)輸?shù)暮Ｉ瞎艿馈?/p>

從CO2運(yùn)輸技術(shù)的整體發(fā)展來(lái)看，國(guó)外已有40多年用管道輸送CO2的實(shí)踐，積累了豐富的輸送經(jīng)驗(yàn)。國(guó)外管道輸送的主要做法是將捕集到的氣態(tài)CO2加壓至8 MPa以上，提升CO2密度，使其成為超臨界狀態(tài)，避免二相流，便于運(yùn)輸和降低成本。目前，全球約有6 000 km的CO2運(yùn)輸管線，每年運(yùn)輸大約5×107t CO2，其中美國(guó)有超過(guò)5 000 km的CO2運(yùn)輸管線。

在利用管道輸送CO2時(shí)，最重要的問(wèn)題是控制上游氣源的含水量符合管道輸送要求，同時(shí)要做好CO2泄漏檢測(cè)的報(bào)警工作，有條件時(shí)可采用音波泄漏檢測(cè)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)檢測(cè)管道的泄漏點(diǎn)。在高壓泄放時(shí)，要防止人員凍傷。考慮CO2對(duì)橡膠的溶解性，清管器密封圈以及閥門(mén)和泵類(lèi)密封材料都要選擇強(qiáng)度高的橡膠材料。

對(duì)于CO2輸送成本，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)式CO2輸送管道在初始階段建設(shè)成本較低，經(jīng)濟(jì)性高于管網(wǎng)式，但隨著運(yùn)營(yíng)時(shí)間延長(zhǎng)和規(guī)模增加，管網(wǎng)式CO2輸送管道的成本會(huì)大幅下降，更適于大規(guī)模CCS/CCUS技術(shù)應(yīng)用。

我國(guó)CO2輸送以陸路低溫儲(chǔ)罐運(yùn)輸為主，尚無(wú)商業(yè)運(yùn)營(yíng)的CO2輸送管道，只有幾條短距離試驗(yàn)用管道。如大慶油田在薩南東部過(guò)渡帶進(jìn)行的CO2-EOR先導(dǎo)性試驗(yàn)中所建的6.5 km的CO2輸送管道，用于將大慶煉油廠加氫車(chē)間的副產(chǎn)品CO2低壓輸送至試驗(yàn)場(chǎng)地。目前，我國(guó)有關(guān)CO2運(yùn)輸技術(shù)的研究剛剛起步。與國(guó)外相比，主要技術(shù)差距在CO2源匯匹配的管網(wǎng)規(guī)劃與優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)、大排量壓縮機(jī)等管道輸送關(guān)鍵設(shè)備、安全控制與監(jiān)測(cè)技術(shù)等方面。

（三）二氧化碳利用技術(shù)

二氧化碳利用技術(shù)主要包括CO2地質(zhì)利用技術(shù)、CO2化工利用技術(shù)以及CO2生物利用技術(shù)。

1.二氧化碳地質(zhì)利用技術(shù)

CO2地質(zhì)利用是指將CO2注入地下，利用地下礦物或地質(zhì)條件生產(chǎn)或強(qiáng)化有利用價(jià)值的產(chǎn)品，且相對(duì)于傳統(tǒng)工藝可減少CO2排放的過(guò)程[6,7]。目前，CO2地質(zhì)利用技術(shù)主要包括以下幾種。

（1） CO2強(qiáng)化石油開(kāi)采技術(shù)：將CO2注入油藏，利用其與石油的物理化學(xué)作用，以實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)石油并封存CO2的工業(yè)過(guò)程。

（2）CO2驅(qū)替煤層氣技術(shù)：將CO2或者含CO2的混合氣體注入深部不可開(kāi)采的煤層中，以實(shí)現(xiàn)CO2長(zhǎng)期封存，同時(shí)強(qiáng)化煤層氣開(kāi)采的過(guò)程。

（3）CO2強(qiáng)化天然氣開(kāi)采技術(shù)：注入CO2到即將枯竭的天然氣氣藏底部，將因自然枯竭而無(wú)法開(kāi)采的殘存天然氣驅(qū)替出來(lái)從而提高采收率，同時(shí)將CO2封存于氣藏地質(zhì)結(jié)構(gòu)中。

（4）CO2增強(qiáng)頁(yè)巖氣開(kāi)采技術(shù)：利用CO2代替水來(lái)壓裂頁(yè)巖，并利用CO2吸附頁(yè)巖能力比CH4強(qiáng)的特點(diǎn)，置換CH4，從而提高頁(yè)巖氣開(kāi)采率，并實(shí)現(xiàn)CO2封存的過(guò)程。

2.二氧化碳化工利用技術(shù)

CO2化工利用是指以化學(xué)轉(zhuǎn)化為主要特征，將CO2和共反應(yīng)物轉(zhuǎn)化成為目標(biāo)產(chǎn)物，從而實(shí)現(xiàn)CO2的資源化利用[8]。目前，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了CO2較大規(guī)?；瘜W(xué)利用的商業(yè)化技術(shù)主要包括以下技術(shù)。

（1）CO2與甲烷重整制備合成氣技術(shù)：在催化劑作用下，CO2和CH4反應(yīng)生成合成氣（CO和H2的混合物）的過(guò)程。

（2）CO2經(jīng)CO制備液體燃料技術(shù)：將CO2裂解成為CO和O2，并與后續(xù)成熟技術(shù)銜接合成各類(lèi)液體燃料或化學(xué)品的過(guò)程。

（3）CO2加氫合成甲醇技術(shù)：在一定溫度、壓力下，利用H2與CO2作為原料氣，通過(guò)在催化劑（銅基或其他金屬氧化物催化劑）上加氫反應(yīng)催化轉(zhuǎn)化生產(chǎn)甲醇。

（4）CO2合成碳酸二甲酯技術(shù)：以CO2為原料，在催化劑的作用下，直接或間接合成碳酸二甲酯的系列技術(shù)。

3.二氧化碳生物利用技術(shù)

CO2生物利用技術(shù)是指以生物轉(zhuǎn)化為主要特征，通過(guò)植物光合作用等，將CO2用于生物質(zhì)的合成，從而實(shí)現(xiàn)CO2資源化利用。當(dāng)前，CO2生物利用技術(shù)還處于初期發(fā)展階段，其研究主要集中在以下幾個(gè)方面。

（1）微藻固定CO2轉(zhuǎn)化為生物燃料和化學(xué)品技術(shù)：利用微藻的光合作用，將CO2和水在葉綠體內(nèi)轉(zhuǎn)化為單糖和氧氣，單糖可在細(xì)胞內(nèi)繼續(xù)轉(zhuǎn)化為中性甘油三酯（TAG），甘油三酯酯化后形成生物柴油。

（2）微藻固定CO2轉(zhuǎn)化為生物肥料技術(shù)：利用微藻的光合作用，將CO2和水在葉綠體內(nèi)轉(zhuǎn)化為單糖和氧氣；同時(shí)絲狀藍(lán)藻能將空氣中的無(wú)機(jī)氮轉(zhuǎn)化為可被植物利用的有機(jī)氮。

（3）微藻固定CO2轉(zhuǎn)化為食品和飼料添加劑技術(shù)：利用部分微藻的光合作用，將CO2和水在葉綠體內(nèi)轉(zhuǎn)化為單糖，接著將單糖在細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)化為不飽和脂肪酸和蝦青素等高附加值次生代謝物。

（4）CO2氣肥利用技術(shù)：將來(lái)自能源和工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中捕集、提純的CO2注入溫室，增加溫室中CO2的濃度來(lái)提升作物光合作用速率，以提高作物產(chǎn)量的CO2利用技術(shù)。

4.二氧化碳礦化利用技術(shù)現(xiàn)狀

CO2礦化是近年來(lái)提出的一種CO2利用方法，主要利用地球上廣泛存在的橄欖石、蛇紋石等堿土金屬氧化物與CO2反應(yīng)，將其轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的碳酸鹽類(lèi)化合物，從而實(shí)現(xiàn)CO2減排。該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)為：可規(guī)避CO2地質(zhì)封存的各種風(fēng)險(xiǎn)和不確定性，從而保證了CO2末端減排技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性、安全性、穩(wěn)定性和持續(xù)性；CO2礦化量大，若將地殼中1%的鈣、鎂離子進(jìn)行CO2礦化利用，按50%轉(zhuǎn)化率計(jì)，可礦化約2.56×1015t CO2，可滿足人類(lèi)約8.5萬(wàn)年的CO2減排需求；若再利用鉀長(zhǎng)石（總量約為9.56×1013t），理論上可再處理超過(guò)3.82×1012t CO2。因此，CO2礦化是實(shí)際可行的大規(guī)模減排并開(kāi)發(fā)利用CO2的有效辦法。該技術(shù)的缺點(diǎn)是在常溫常壓下，礦物與CO2反應(yīng)速率相當(dāng)緩慢。因此，提高碳酸化反應(yīng)速率成為礦物儲(chǔ)存技術(shù)的關(guān)鍵。

國(guó)外一些研究人員開(kāi)發(fā)了基于氯化物的CO2礦物碳酸化反應(yīng)技術(shù)、濕法礦物碳酸法技術(shù)、干法碳酸法技術(shù)以及生物碳酸法技術(shù)等，實(shí)驗(yàn)結(jié)果均不是很理想。中國(guó)石油化工集團(tuán)公司與四川大學(xué)合作開(kāi)發(fā)了CO2礦化磷石膏（CaSO4·2H2O）技術(shù)，采用石膏氨水懸浮液直接吸收CO2尾氣制硫銨，已建成100 Nm3/h的尾氣CO2直接礦化磷石膏聯(lián)產(chǎn)硫基復(fù)合肥中試裝置，尾氣CO2直接礦化為碳酸鈣使磷石膏固相CaSO4·2H2O轉(zhuǎn)化率超過(guò)92%，72 h連續(xù)試驗(yàn)中尾氣CO2捕獲率為70%。

其反應(yīng)式如下：

2NH3+ CO2+ CaSO4·2H2O → CaCO3↓(固) +

(NH4)2SO4+ H2O

該技術(shù)在國(guó)內(nèi)外率先提出低濃度尾氣CO2直接礦化磷石膏聯(lián)產(chǎn)硫基復(fù)合肥與碳酸鈣的一步法新工藝，以氨為耦合媒介，將含CO2的煙氣與磷石膏轉(zhuǎn)化耦合，把煙氣中的CO2轉(zhuǎn)移到磷石膏懸浮液中，并通入氨氣使之形成氣-液-固三相循環(huán)流化轉(zhuǎn)化過(guò)程，半成品料漿經(jīng)后續(xù)加工可得到硫基復(fù)合肥——硫酸銨（(NH4)2SO4）和沉淀碳酸鈣（CaCO3）兩種產(chǎn)品。

磷石膏是生產(chǎn)濕法磷酸過(guò)程中形成的廢渣，每生產(chǎn)1 t濕法磷酸約產(chǎn)生5～6 t磷石膏廢渣，我國(guó)每年產(chǎn)生磷石膏廢渣5×107t左右，每年需新增堆放場(chǎng)地2 800 km2。由于磷石膏中含有少量磷、氟等雜質(zhì)，這些雜質(zhì)會(huì)通過(guò)雨水流到地下水或附近流域，因此磷石膏長(zhǎng)期堆放，不僅占用大量土地，而且會(huì)因堆放場(chǎng)地處理不規(guī)范對(duì)周邊環(huán)境產(chǎn)生污染，更嚴(yán)重的會(huì)產(chǎn)生潰壩事件；另一方面，我國(guó)缺乏硫資源，每年需要進(jìn)口大量硫磺維持磷復(fù)肥生產(chǎn)。開(kāi)發(fā)利用磷石膏制取硫酸銨和碳酸鈣技術(shù)，不僅可以解決磷石膏廢渣綜合利用問(wèn)題，制取的硫酸銨作為肥料，副產(chǎn)的碳酸鈣可以作為生產(chǎn)水泥的原料。

CO2礦化磷石膏制硫銨技術(shù)的創(chuàng)新點(diǎn)為：以廢治廢、提高CO2和磷石膏資源化利用的經(jīng)濟(jì)性，從而實(shí)現(xiàn)工業(yè)固體廢物礦化CO2聯(lián)產(chǎn)化工產(chǎn)品。此技術(shù)改變了傳統(tǒng)“捕集+封存”的低碳路徑，通過(guò)對(duì)含CO2氣體的直接化學(xué)利用，消除了CO2捕集和封存的耗費(fèi)和風(fēng)險(xiǎn)，將低碳的經(jīng)濟(jì)性和可靠性得以最大化。同時(shí)，此技術(shù)通過(guò)將廢棄的磷石膏轉(zhuǎn)化為有用的硫胺和碳酸鈣，有助于消除磷石膏對(duì)土地的占用和環(huán)境的污染。

（四）國(guó)內(nèi)外對(duì)比

CCS/CCUS技術(shù)盡管在國(guó)外已有十幾年的研究歷史，但大部分主要技術(shù)不同程度地處于理論研究、實(shí)驗(yàn)室研究、工業(yè)示范和小范圍商業(yè)性運(yùn)作階段，尚處于“特定條件下經(jīng)濟(jì)可行”階段。在CO2捕集分離方面，目前雖然燃燒后捕集和燃燒前捕集技術(shù)已經(jīng)成熟，可以大規(guī)模實(shí)踐，但其能耗和成本還較高；而富氧燃燒捕集技術(shù)尚不成熟。在CO2驅(qū)油、驅(qū)氣和封存方面，驅(qū)油技術(shù)雖較為成熟，但多數(shù)國(guó)家缺乏低成本的CO2氣源；驅(qū)煤層氣受到的影響因素較多；封存地點(diǎn)尚未進(jìn)行全面地質(zhì)勘查，缺乏安全監(jiān)測(cè)技術(shù)。在CO2化工利用方面，多數(shù)技術(shù)剛開(kāi)始工業(yè)化、成熟度不高、產(chǎn)品成本較高，能吸納的CO2有限。在CO2微藻制油方面，技術(shù)尚不成熟，還處于中試階段，占地大、投資多、能耗高、成本高。在CO2礦化方面，技術(shù)還處于實(shí)驗(yàn)室階段?？傮w上，國(guó)際上尚缺乏該技術(shù)全鏈條（捕集-運(yùn)輸-埋存/利用）的大規(guī)模工程示范。

CCS/CCUS的技術(shù)研發(fā)起源于歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家，但通過(guò)國(guó)際合作和交流，近年來(lái)我國(guó)CCS/CCUS技術(shù)的發(fā)展速度較快。目前，我國(guó)在燃煤電廠煙氣的CO2后捕集、煤制油和IGCC的CO2前捕集，均有工業(yè)規(guī)模的示范工程在運(yùn)行。因此，我國(guó)在捕集技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用上落后并不多，甚至有些方面在工程應(yīng)用上還處于領(lǐng)先地位。但在CO2的運(yùn)輸管道建設(shè)、化學(xué)鏈燃燒等前沿技術(shù)、CO2利用等方面，與美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家相比還比較落后。

三、CCS/CCUS技術(shù)的發(fā)展方向

（一）二氧化碳捕集技術(shù)路線

1.燃燒后捕集技術(shù)

該技術(shù)國(guó)內(nèi)外應(yīng)用比較成熟，但主要應(yīng)用于水泥窯爐和冶煉爐，應(yīng)用于商業(yè)規(guī)模電廠的燃燒后捕集技術(shù)僅僅處于示范階段。針對(duì)燃燒后捕集2020年以前重點(diǎn)發(fā)展醇胺法捕集技術(shù)，開(kāi)展工業(yè)示范和規(guī)?；夹g(shù)推廣；進(jìn)行熱鉀堿法捕集技術(shù)研發(fā)。2020—2030年實(shí)現(xiàn)醇胺法捕集技術(shù)商業(yè)化推廣，進(jìn)行熱鉀堿法捕集技術(shù)示范；2030—2050年形成低成本燃燒后捕集技術(shù)體系并商業(yè)化應(yīng)用。

2.富氧燃燒捕集技術(shù)

2020年以前重點(diǎn)開(kāi)展低能耗、低成本氧氣提純技術(shù)，降低大型空分工藝能耗；研發(fā)高溫耐熱材料及燃燒鍋爐設(shè)備，降低空氣污染。2020—2030年積極開(kāi)展大型富氧燃燒捕集技術(shù)示范，進(jìn)一步評(píng)價(jià)技術(shù)的可行性和經(jīng)濟(jì)性。2030年后實(shí)現(xiàn)超超臨界富氧燃燒技術(shù)規(guī)?；瘧?yīng)用。

3.燃燒前捕集技術(shù)

以IGCC建設(shè)為基礎(chǔ)，2020年以前加大高溫煤氣凈化技術(shù)研發(fā)、低能耗高效率燃?xì)廨啓C(jī)的研發(fā)、高效氣化爐研制及低能耗制氧空分系統(tǒng)和蒸汽循環(huán)系統(tǒng)探究，開(kāi)展IGCC項(xiàng)目中試示范；2020—2030年通過(guò)新技術(shù)研發(fā)和耦合新能源工藝流程的優(yōu)化，形成低成本、低能耗、高性能燃燒前捕集技術(shù)，并進(jìn)行工業(yè)示范，2030年以后達(dá)到成熟應(yīng)用、工業(yè)推廣、商業(yè)化運(yùn)營(yíng)階段。

（二）二氧化碳運(yùn)輸技術(shù)路線

通過(guò)管道運(yùn)輸CO2是CCS的首選，但是這并不意味著對(duì)于CCS系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，罐車(chē)、船舶等運(yùn)輸方式?jīng)]有可行性。待CCS系統(tǒng)發(fā)展到一定程度后，其余幾種運(yùn)輸方式可以作為管道運(yùn)輸?shù)难a(bǔ)充，從而使CO2的運(yùn)輸更加高效完善。

到2020年，建立并形成完善的CO2管道輸送相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)體系，健全安全控制技術(shù)體系，建成百萬(wàn)噸級(jí)全流程示范，輸送管長(zhǎng)達(dá)到200 km，成本控制到80元/t，年輸送能力超過(guò)1×106t；到2030年全面掌握產(chǎn)業(yè)化技術(shù)能力，輸送管長(zhǎng)達(dá)到1 000 km以上，成本控制到70元/t，年輸送能力超過(guò)1×107t；到2050年，全面推廣實(shí)施應(yīng)用CO2輸送技術(shù)，建設(shè)超過(guò)5 000 km的CO2輸送管道，成本控制到70元/t以下，年輸送能力超過(guò)5×107t。

（三）二氧化碳利用技術(shù)路線

1.二氧化碳地質(zhì)利用技術(shù)

CO2驅(qū)油技術(shù)：CO2驅(qū)油技術(shù)發(fā)展最早也是最成熟的埋存技術(shù)。到2020年，在詳細(xì)資源評(píng)估的基礎(chǔ)上，結(jié)合CO2集中排放源的分布，優(yōu)化源-匯匹配研究，完成源-匯匹配規(guī)劃方案設(shè)計(jì)，跨行業(yè)、跨部門(mén)合作開(kāi)展CO2捕集-驅(qū)油-埋存一體化技術(shù)研發(fā)，做到方案設(shè)計(jì)、技術(shù)實(shí)施、經(jīng)濟(jì)評(píng)估一體化統(tǒng)籌規(guī)劃，加大CO2驅(qū)油應(yīng)用力度，投入6 000～12 000 t儲(chǔ)量進(jìn)行CO2驅(qū)油；2030年以后進(jìn)入商業(yè)化、規(guī)范化的推廣應(yīng)用，大力實(shí)施CO2捕集-驅(qū)油-埋存一體化項(xiàng)目，累積投入儲(chǔ)量5×108～1×109t。

CO2驅(qū)煤層氣技術(shù)：該技術(shù)尚未成熟，目前處于機(jī)理研究和井組試驗(yàn)階段。到2020年完成源-匯匹配優(yōu)化研究及規(guī)劃，開(kāi)展區(qū)塊先導(dǎo)試驗(yàn)示范工程建設(shè)；2030年大力開(kāi)展CO2捕集-驅(qū)氣-埋存一體化、CO2捕集-埋存一體化技術(shù)研發(fā)，實(shí)施大型一體化示范工程項(xiàng)目，落實(shí)環(huán)境安全監(jiān)測(cè)方法及長(zhǎng)期埋存安全性監(jiān)測(cè)技術(shù)研究；到2050年實(shí)現(xiàn)全流程技術(shù)推廣和規(guī)模化、商業(yè)化項(xiàng)目實(shí)施。

2.二氧化碳化工利用

CO2化工產(chǎn)品利用：到2020年加大CO2化學(xué)轉(zhuǎn)化制取合成氣、甲醇、聚氨酯等新產(chǎn)品技術(shù)的研發(fā)，建立萬(wàn)噸以上化工利用工程示范；到2030年建立10萬(wàn)噸級(jí)以上大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化工程示范，開(kāi)展CO2化學(xué)轉(zhuǎn)化制取能源、化工產(chǎn)品技術(shù)產(chǎn)業(yè)化優(yōu)化與裝備研發(fā)；到2050年建立完整的CO2化工應(yīng)用與產(chǎn)品體系，形成商業(yè)化推廣應(yīng)用技術(shù)能力，大規(guī)模工業(yè)化推廣CO2化工利用新技術(shù)。

3.二氧化碳生物利用

微藻生物固定CO2轉(zhuǎn)化技術(shù)：當(dāng)前重點(diǎn)攻關(guān)低成本養(yǎng)殖及制油技術(shù)研發(fā)，建立微藻養(yǎng)殖及制油中試示范工程，以此為載體開(kāi)展提高光合效率技術(shù)研發(fā)和高值副產(chǎn)品生物煉制技術(shù)研究；到2030年形成高值副產(chǎn)品生物煉制技術(shù)，開(kāi)展微藻養(yǎng)殖與土地資源合理布局優(yōu)化，推廣高產(chǎn)微藻養(yǎng)殖技術(shù)，開(kāi)展低成本、低能耗收獲及加工技術(shù)研發(fā)，建立示范工程；2050年形成微藻研制及制油技術(shù)、副產(chǎn)品加工技術(shù)商業(yè)生產(chǎn)能力，開(kāi)展商業(yè)化技術(shù)推廣。

4.二氧化碳礦化利用

2020年建立若干CO2礦化技術(shù)工業(yè)示范裝置，逐步擴(kuò)大示范工程規(guī)模；到2050年實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用，技術(shù)成熟、能耗降低。

（四）技術(shù)路線

1. 二氧化碳捕集技術(shù)

對(duì)于二氧化碳捕集技術(shù)的發(fā)展，根據(jù)我國(guó)的實(shí)際情況，建議我國(guó)中長(zhǎng)期碳捕集技術(shù)路線圖如圖1所示。

2015—2020年：

圖1 我國(guó)中長(zhǎng)期碳捕集技術(shù)路線圖

（1）對(duì)于燃后捕集技術(shù)：重點(diǎn)發(fā)展醇胺法捕集技術(shù)，開(kāi)展工業(yè)示范和規(guī)?；夹g(shù)推廣，進(jìn)行熱鉀堿法捕集技術(shù)研發(fā)；

（2）對(duì)于富氧燃燒技術(shù)：重點(diǎn)開(kāi)展低能耗、低成本氧氣提純技術(shù)，降低大型空分工藝能耗，研發(fā)高溫耐熱材料及燃燒鍋爐設(shè)備，減少空氣污染；

（3）對(duì)于燃燒前捕集技術(shù)：加大高溫煤氣凈化技術(shù)研發(fā)、低能耗高效率燃?xì)廨啓C(jī)的研發(fā)、高效氣化爐研制及低能耗制氧空分系統(tǒng)和蒸汽循環(huán)系統(tǒng)探究，開(kāi)展IGCC項(xiàng)目中試示范。

2020—2030年：

（1）對(duì)于燃燒后捕集技術(shù)：實(shí)現(xiàn)醇胺法捕集技術(shù)商業(yè)化推廣，進(jìn)行熱鉀堿法捕集技術(shù)示范；

（2）對(duì)于富氧燃燒技術(shù)：積極開(kāi)展大型富氧燃燒捕集技術(shù)示范，進(jìn)一步評(píng)價(jià)技術(shù)的可行性和經(jīng)濟(jì)性；

（3）對(duì)于燃燒前捕集技術(shù)：通過(guò)新技術(shù)研發(fā)和耦合新能源工藝流程的優(yōu)化，形成低成本、低能耗、高性能燃燒前捕集技術(shù)，并進(jìn)行工業(yè)示范。

2030—2050年：

（1）對(duì)于燃燒后捕集技術(shù)：形成低成本燃燒后捕集技術(shù)體系并商業(yè)化應(yīng)用；

（2）對(duì)于富氧燃燒技術(shù)：實(shí)現(xiàn)超超臨界富氧燃燒技術(shù)規(guī)?；瘧?yīng)用；

（3）對(duì)于燃燒前捕集技術(shù)：達(dá)到成熟應(yīng)用，工業(yè)推廣，商業(yè)化運(yùn)營(yíng)。

2.二氧化碳運(yùn)輸技術(shù)

對(duì)于二氧化碳運(yùn)輸技術(shù)的發(fā)展，建議其技術(shù)發(fā)展時(shí)間表和各階段里程碑事件如下。

2015—2020年：

建立并形成完善的CO2管道輸送相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)體系，健全安全控制技術(shù)體系，建成百萬(wàn)噸級(jí)全流程示范，輸送管長(zhǎng)達(dá)到200 km，成本控制到80元/t，年輸送能力超過(guò)1×106t。

2020—2030年：

全面掌握產(chǎn)業(yè)化技術(shù)能力，輸送管長(zhǎng)達(dá)到1 000 km以上，成本控制到70元/t，年輸送能力超過(guò) 1×107t。

2030—2050年：

全面推廣實(shí)施應(yīng)用CO2輸送技術(shù)，建設(shè)超過(guò)5 000 km的CO2輸送管道，成本控制到70元/t以下，年輸送能力超過(guò)5×107t。

3.二氧化碳利用技術(shù)

對(duì)于二氧化碳利用技術(shù)，根據(jù)我國(guó)目前的技術(shù)發(fā)展和經(jīng)濟(jì)情況，建議其技術(shù)發(fā)展時(shí)間表和各階段里程碑事件如下。

2015—2020年：

（1）對(duì)于CO2地質(zhì)利用技術(shù)：詳細(xì)地做好資源評(píng)估，并開(kāi)展及擴(kuò)大相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)研究；

（2）對(duì)于CO2化工利用技術(shù)：進(jìn)一步推廣和擴(kuò)大傳統(tǒng)CO2化工產(chǎn)品利用技術(shù)，開(kāi)展耦合新能源的低能耗、低成本CO2化工產(chǎn)品生產(chǎn)工藝技術(shù)研究；

（3）對(duì)于CO2生物利用技術(shù)：推廣氣肥利用技術(shù)；以微藻固碳為重點(diǎn)，研發(fā)和示范先進(jìn)CO2生物利用技術(shù)[9]。

2020—2030年：

（1）對(duì)于CO2地質(zhì)利用技術(shù)：完成源-匯匹配優(yōu)化研究及規(guī)劃，開(kāi)展區(qū)塊先導(dǎo)試驗(yàn)示范工程建設(shè)；

（2）對(duì)于CO2化工利用技術(shù)：加大CO2化學(xué)轉(zhuǎn)化制取合成氣、甲醇、聚氨酯等新產(chǎn)品技術(shù)的研發(fā)，建立萬(wàn)噸以上化工利用工程示范；

（3）對(duì)于CO2生物利用技術(shù)：以微藻固碳為重點(diǎn)，建立若干CO2生物利用的規(guī)?；茉崔r(nóng)場(chǎng)，利用CO2增強(qiáng)生物質(zhì)液體燃料、化工品等生物能源產(chǎn)出。

2030—2050年：

（1）對(duì)于CO2地質(zhì)利用技術(shù)：實(shí)現(xiàn)技術(shù)推廣，實(shí)施規(guī)?；⑸虡I(yè)化的項(xiàng)目。

（2）對(duì)于CO2化工利用技術(shù)：2030年，建立10萬(wàn)噸級(jí)以上大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化工程示范，開(kāi)展CO2化學(xué)轉(zhuǎn)化制取能源、化工產(chǎn)品技術(shù)產(chǎn)業(yè)化優(yōu)化與裝備研發(fā)；到2050年，建立完整的CO2化工應(yīng)用與產(chǎn)品體系，形成商業(yè)化推廣應(yīng)用技術(shù)能力，進(jìn)行CO2化工利用新技術(shù)的大規(guī)模工業(yè)化推廣。

（3）對(duì)于CO2生物利用技術(shù)：應(yīng)用推廣以微藻固碳為重點(diǎn)的先進(jìn)CO2生物利用技術(shù)。

（五）技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析

目前，CCS/CCUS主要核心技術(shù)尚不成熟，大部分處于理論研究、實(shí)驗(yàn)室研究、工業(yè)示范和小范圍商業(yè)性運(yùn)作階段，尚處于“特定條件下經(jīng)濟(jì)可行”階段。CCS/CCUS技術(shù)的成本和能耗較高、經(jīng)濟(jì)性較差，其中CO2捕集成本占整個(gè)CCS總成本的70%以上。根據(jù)聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化專(zhuān)門(mén)委員會(huì)（IPCC）估算，燃燒后CO2的捕集成本約為29～51美元/t，IGCC中CO2的捕集成本為13～37美元/t；超臨界電廠、天然氣聯(lián)合循環(huán)（NGCC）電廠和IGCC電廠若要捕集90%的CO2，每千瓦時(shí)的能耗分別要增加24%～40%、11%～20%和14%～25%。在目前的技術(shù)水平下，CO2驅(qū)油、驅(qū)煤層氣、鹽水層埋存、微藻生物制油可實(shí)現(xiàn)CO2凈減排，但礦化和化工利用卻不能實(shí)現(xiàn)凈減排。另外，CO2驅(qū)油長(zhǎng)周期埋存存在安全性問(wèn)題，輸送和鹽水層埋存也存在泄漏影響環(huán)境、誘發(fā)地震等風(fēng)險(xiǎn)。

四、我國(guó)CO2排放量及CCS/CCUS技術(shù)減排量預(yù)測(cè)

情景一：根據(jù)2005—2017年我國(guó)CO2實(shí)際排放量，利用增長(zhǎng)趨勢(shì)法預(yù)測(cè)未來(lái)我國(guó)CO2的排放量，基本維持現(xiàn)狀，在沒(méi)有考慮采取新措施的情況下，結(jié)果如圖2所示。

情景二：不考慮能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整，不采用CCS/CCUS技術(shù)，僅考慮采取節(jié)能措施減少我國(guó)CO2排放量，結(jié)果如圖3所示。

情景三：考慮采取情景一節(jié)能措施及情景二國(guó)家能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)調(diào)整平穩(wěn)發(fā)展方案，預(yù)測(cè)2020年、2030年、2050年CO2排放量。

圖2 情景一我國(guó)CO2排放量預(yù)測(cè)

圖3 情景二我國(guó)CO2排放量預(yù)測(cè)

綜合考慮合理控制能源消費(fèi)總量和調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，基于現(xiàn)有可預(yù)期的政策及技術(shù)條件，對(duì)2020年、2030年和2050年我國(guó)一次能源生產(chǎn)總量和結(jié)構(gòu)目標(biāo)進(jìn)行預(yù)測(cè)。預(yù)測(cè)采用間接法，以國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值和單位GDP能耗為變量，建立生產(chǎn)能源需求預(yù)測(cè)函數(shù)。所引用歷史數(shù)據(jù)來(lái)源于《中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒》《中國(guó)能源統(tǒng)計(jì)年鑒》、課題組調(diào)查數(shù)據(jù)等[10,11]，結(jié)果如圖4所示。

考慮采取情景二節(jié)能措施及國(guó)家能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)調(diào)整積極推進(jìn)方案，預(yù)測(cè)2020年、2030年、2050年CO2排放量，如圖5所示。

情景四：考慮在情景三平穩(wěn)發(fā)展與積極推進(jìn)基礎(chǔ)上采取本文提出的CCS/CCUS技術(shù)措施，預(yù)測(cè)2020年、2030年、2050年CO2排放量，如圖6、圖7所示。

圖4 情景三我國(guó)CO2排放量預(yù)測(cè)（平穩(wěn)發(fā)展方案）

圖5 情景三我國(guó)CO2排放量預(yù)測(cè)（積極推進(jìn)方案）

圖6 情景四我國(guó)CO2排放量預(yù)測(cè)（平穩(wěn)發(fā)展方案）

圖7 情景四我國(guó)CO2排放量預(yù)測(cè)（積極推進(jìn)方案）

通過(guò)上述四種情景的分析預(yù)測(cè)，若不采取任何新措施，到2050年我國(guó)CO2排放量將達(dá)到2.8875×1010t；如果采取節(jié)能措施，到2050年我國(guó)CO2排放量將降至1.3781×1010t；如果進(jìn)一步采取調(diào)整能源結(jié)構(gòu)、發(fā)展低碳能源措施，在平穩(wěn)發(fā)展方案條件下，到2050年我國(guó)CO2排放量可降至8.769×109t，在積極推進(jìn)方案條件下，CO2排放量可降至7.771×109t；如果再進(jìn)一步采取CCS/CCUS措施，平穩(wěn)發(fā)展方案條件下，到2050年我國(guó)CO2排放量可降至7.719×109t，在積極推進(jìn)方案條件下，CO2排放量可降至6.721×109t。四個(gè)情景相比，不同時(shí)期各種減排措施的貢獻(xiàn)情況如圖8～圖11所示。

由圖8～圖11可以看出，對(duì)于減排CO2來(lái)說(shuō)，最主要的措施是節(jié)能降耗，貢獻(xiàn)度達(dá)65%～71%；其次是調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，貢獻(xiàn)度達(dá)24%～32%；CCS/CCUS技術(shù)的貢獻(xiàn)度為2%～5%，但在2020—2030年二氧化碳排放增長(zhǎng)緩慢的情況下，CCS/CCUS技術(shù)將使得二氧化碳排放峰值提前到達(dá)。

五、結(jié)論及政策建議

（1）CCS/CCUS技術(shù)處于研發(fā)和示范階段，相關(guān)技術(shù)尚不成熟。應(yīng)立足國(guó)情，從全生命周期角度充分分析碳排放、安全性和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)，戰(zhàn)略性開(kāi)展低能耗燃燒后捕集、燃燒前捕集、富氧燃燒捕集等大規(guī)模CO2捕集技術(shù)的研究和示范；推動(dòng)CO2驅(qū)油、驅(qū)煤層氣、化工、生物利用等CO2利用技術(shù)及工藝的創(chuàng)新開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，努力降低成本，降低二次污染物生成和間接碳排放，取得技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)保的綜合效益。

（2）CCS/CCUS技術(shù)減排CO2數(shù)量有限，我國(guó)要大量減排CO2，需要優(yōu)先考慮強(qiáng)化節(jié)能、降耗、減排措施，其次是調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，大力發(fā)展新能源技術(shù)。

（3）政府應(yīng)加快推進(jìn)應(yīng)對(duì)氣候變化和低碳發(fā)展法律、政策的制定，明確低碳發(fā)展工作的范圍、目標(biāo)、原則和主要內(nèi)容，規(guī)范不同社會(huì)主體的責(zé)任、權(quán)利和義務(wù)，加強(qiáng)政策措施、體制機(jī)制、科技支撐等方面的保障。

（4）開(kāi)展前瞻性CCS/CCUS技術(shù)研發(fā)，需要理順企業(yè)風(fēng)險(xiǎn)投融資體制，在財(cái)政、稅收等方面采取激勵(lì)措施，鼓勵(lì)節(jié)能、高能效技術(shù)的開(kāi)發(fā)和商業(yè)化，鼓勵(lì)企業(yè)開(kāi)發(fā)低碳等先進(jìn)技術(shù)。

圖8 2020年碳減排措施貢獻(xiàn)度

圖10 2050年碳減排措施貢獻(xiàn)度（平穩(wěn)發(fā)展方案）

圖9 2030年碳減排措施貢獻(xiàn)度

圖11 2050年碳減排措施貢獻(xiàn)度（積極推進(jìn)方案）

（5）把握國(guó)際CCUS技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，積極開(kāi)展CCUS國(guó)際科技合作，將CCUS技術(shù)納入多邊、雙邊國(guó)際科技合作，推動(dòng)建立國(guó)際前沿水平的國(guó)際合作平臺(tái)。