我國CCUS的發(fā)展和應(yīng)用已取得了諸多技術(shù)突破，還要在產(chǎn)業(yè)化上做出更大努力。

“CCUS的發(fā)展和應(yīng)用方興未艾，面臨著很好的機(jī)遇和廣闊的前景?！?/p>

李陽，中國工程院院士，油氣田開發(fā)地質(zhì)、開發(fā)工程專家。

長期從事油氣藏開發(fā)基礎(chǔ)理論和關(guān)鍵技術(shù)研究工作，在我國東部老油田高含水階段提高采收率和西部新類型碳酸鹽巖縫洞型油藏高效開發(fā)等方面做出了突出貢獻(xiàn)。近年來，致力于二氧化碳捕集、利用與封存技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化研究，為我國首個(gè)百萬噸級(jí)齊魯石化—?jiǎng)倮吞锊都茌敗?qū)油—封存示范工程建設(shè)做出了重要貢獻(xiàn)。曾獲李四光地質(zhì)科學(xué)獎(jiǎng)、孫越崎能源大獎(jiǎng)、國家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)、國家發(fā)明二等獎(jiǎng)等?，F(xiàn)任中國石化科協(xié)主席。

當(dāng)前，全球可持續(xù)發(fā)展面臨著嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，碳中和已成為共識(shí)。推進(jìn)化石能源領(lǐng)域的綠色科技創(chuàng)新，被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)的關(guān)鍵之舉。

作為化石能源低碳化利用的最有效手段之一和油氣行業(yè)低碳化轉(zhuǎn)型的重要戰(zhàn)略支撐，二氧化碳捕集、利用與封存技術(shù)（CCUS）在全球碳減排領(lǐng)域備受關(guān)注。加速推動(dòng)CCUS應(yīng)用，已經(jīng)成為各國政府的共識(shí)。

目前，我國CCUS的發(fā)展情況如何？取得了哪些突破？存在怎樣的挑戰(zhàn)？如何最大化發(fā)揮它的減碳潛力？

帶著這些問題，本刊記者采訪了中國工程院院士李陽。

方興未艾

中國石油石化：李陽院士，您好！業(yè)界普遍認(rèn)為，目前CCUS進(jìn)入了非常重要的發(fā)展機(jī)遇期。您怎么看？

李陽：應(yīng)對(duì)氣候變化開啟了CCUS發(fā)展的機(jī)遇之窗。2023年12月13日，《聯(lián)合國氣候變化框架公約》第二十八次締約方大會(huì)閉幕，近200個(gè)締約方代表達(dá)成了氣候變化領(lǐng)域的“阿聯(lián)酋共識(shí)”，明確提出各國要“以公正、有序和公平的方式，在能源系統(tǒng)中轉(zhuǎn)型擺脫化石燃料”。其中，加快發(fā)展零排放和低排放技術(shù)，包括碳捕集和碳儲(chǔ)存技術(shù)在內(nèi)的減排技術(shù)，被再次強(qiáng)調(diào)。

從全球范圍來看，CCUS的發(fā)展和應(yīng)用方興未艾，面臨著很好的機(jī)遇和廣闊的前景。當(dāng)前，各國均加快了CCUS項(xiàng)目布局。CCUS項(xiàng)目的數(shù)量和規(guī)模迅速增加，特別是2020年以來，碳捕集能力年均增長在60%左右。截至2023年7月，全球共有392個(gè)大型CCUS項(xiàng)目，年捕集能力達(dá)到3.61億噸。

2023年11月15日，中美發(fā)表加強(qiáng)合作應(yīng)對(duì)氣候危機(jī)的陽光之鄉(xiāng)聲明中明確指出，到2030年，兩國將各自至少推進(jìn)5個(gè)工業(yè)能源等領(lǐng)域的CCUS大規(guī)模合作項(xiàng)目。

各大國際石油公司把CCUS作為低碳戰(zhàn)略的重要組成。雪佛龍和?？松梨诩哟罅薈CUS業(yè)務(wù)投資，?？松梨谟?jì)劃2050年CCUS業(yè)務(wù)的占比將達(dá)到22.2%。

中國石油石化：CCUS在我國的發(fā)展情況如何？

李陽：目前，我國CCUS示范項(xiàng)目呈現(xiàn)數(shù)量迅速增加、規(guī)模不斷擴(kuò)大的趨勢。

截至2023年9月，我國有CCUS示范項(xiàng)目109個(gè)，捕集能力600萬噸/年，注入能力400萬噸/年。已投運(yùn)和正在建設(shè)中的CCUS示范項(xiàng)目規(guī)模明顯擴(kuò)大，多個(gè)百萬噸級(jí)以上的CCUS項(xiàng)目正在規(guī)劃當(dāng)中。

2021年7月5日，中國石化啟動(dòng)建設(shè)我國第一個(gè)百萬噸級(jí)CCUS項(xiàng)目——齊魯石化—?jiǎng)倮吞顲CUS項(xiàng)目。捕集齊魯石化高濃度工業(yè)尾氣中的二氧化碳，經(jīng)低溫精餾和增壓，得到純度大于99%的二氧化碳，通過管道輸送到勝利油田進(jìn)行驅(qū)油利用與封存。預(yù)計(jì)15年累計(jì)注氣1068萬噸、增油300萬噸，提高采收率11.6%。

這是我國規(guī)模最大的二氧化碳捕集—輸送—驅(qū)油—封存全流程工程，也是石化零碳產(chǎn)業(yè)鏈構(gòu)建示范項(xiàng)目，標(biāo)志著我國CCUS技術(shù)和工程示范進(jìn)入了一個(gè)新的階段。2023年7月，該項(xiàng)目的長輸管道投運(yùn)，表明我國的CCUS工程已經(jīng)形成了規(guī)?；臉屑~工程。該項(xiàng)目得到了全球碳封存領(lǐng)導(dǎo)人論壇（CSLF）的認(rèn)證，標(biāo)志著我國CCUS技術(shù)得到了國際認(rèn)可。

石油石化行業(yè)具有發(fā)展CCUS的優(yōu)勢。首先，碳排放量大，煉油化工是難以深度脫碳的行業(yè)；其次，含油氣盆地是主要的驅(qū)油利用和咸水層封存場地；再次，具有二氧化碳化工利用技術(shù)研發(fā)的優(yōu)勢。所以，石油石化行業(yè)應(yīng)主動(dòng)承擔(dān)責(zé)任，建立驅(qū)油—封存中心和發(fā)展二氧化碳化工利用產(chǎn)業(yè)，為“雙碳”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)貢獻(xiàn)力量。

值得一提的是，對(duì)我國來說，碳減排時(shí)間緊、強(qiáng)度大，CCUS在“雙碳”支撐技術(shù)體系中具有重要的意義。CCUS是新型能源體系的重要組成部分，也是鋼鐵、水泥、化工等難以深度脫碳的行業(yè)規(guī)?；瘻p排的重要技術(shù)手段，將為經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展、產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型、能源安全和“雙碳”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)提供支撐。

技術(shù)突破

中國石油石化：經(jīng)過多年的工程實(shí)踐，我國CCUS取得了哪些技術(shù)突破？

李陽：從CCUS技術(shù)發(fā)展的總體情況來看，我國已經(jīng)具備了大規(guī)模應(yīng)用到各行業(yè)中的技術(shù)可行性。對(duì)捕集來說，我國已經(jīng)形成了不同濃度排放源的二氧化碳捕集技術(shù)，捕集成本不斷下降，在煤電、石化、水泥、鋼鐵等行業(yè)開展了示范應(yīng)用。在利用方面，我國化工利用和生物利用二氧化碳的新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，驅(qū)油利用二氧化碳的技術(shù)是成熟的，驅(qū)油效果很好。從封存上來看，我國已封存數(shù)百萬噸二氧化碳。

在管道輸送方面，我們形成了二氧化碳長距離高壓管輸技術(shù)。以齊魯石化—?jiǎng)倮吞顲CUS項(xiàng)目二氧化碳輸送管道為例，該管道實(shí)現(xiàn)了長距離二氧化碳輸送技術(shù)突破，建成了百萬噸級(jí)百公里超臨界壓力二氧化碳密相輸送管道，并實(shí)現(xiàn)了“三個(gè)首次”：首次實(shí)現(xiàn)了二氧化碳低溫增壓泵、40MPa級(jí)高壓注入泵等關(guān)鍵裝備的國產(chǎn)化研制與應(yīng)用，從而實(shí)現(xiàn)了超臨界壓力密相二氧化碳“泵到泵”的輸送與井口注入；首次構(gòu)建了二氧化碳管道輸送技術(shù)體系和標(biāo)準(zhǔn)體系，實(shí)現(xiàn)了二氧化碳管道超臨界壓力輸送；首次實(shí)現(xiàn)了二氧化碳管道輸送設(shè)計(jì)軟件的國產(chǎn)化和數(shù)字孿生技術(shù)的突破，提高了管道輸送的智能管控和運(yùn)維能力。

在驅(qū)油利用封存方面，我國形成了二氧化碳驅(qū)油與封存全流程技術(shù)體系。包括：油藏篩選評(píng)價(jià)技術(shù)，進(jìn)行油氣藏驅(qū)油增油與安全封存評(píng)價(jià)；數(shù)值模擬及實(shí)時(shí)跟蹤調(diào)整技術(shù)，形成具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的模擬軟件，實(shí)現(xiàn)智能優(yōu)化決策；化學(xué)輔助技術(shù)，降低混相壓力，防控氣竄；防腐技術(shù)，實(shí)現(xiàn)井下防腐、集輸防腐；注采工藝技術(shù)，涵蓋安全注氣管柱、多功能采油管柱及舉升技術(shù)。我國已形成了二氧化碳驅(qū)油封存協(xié)同技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了增油最大化和二氧化碳全生命周期封存。

形成了封存安全性評(píng)價(jià)與監(jiān)測技術(shù)。長期封存的安全性，是影響二氧化碳封存項(xiàng)目的核心問題。二氧化碳封存風(fēng)險(xiǎn)主要包括自然因素，如地震等導(dǎo)致的斷層和蓋層失效產(chǎn)生地質(zhì)泄漏，以及井筒等發(fā)生的工程泄漏。通過地質(zhì)安全監(jiān)測與評(píng)價(jià)技術(shù)，判斷斷層的發(fā)育及封閉性，儲(chǔ)、蓋層地質(zhì)及巖石力學(xué)特征；工程安全監(jiān)測和評(píng)價(jià)技術(shù)，監(jiān)測和評(píng)價(jià)井筒完整性、應(yīng)力變化、地面工程等。通過建立空中、地面、地下“三層次”，氣體、液體、固體“三介質(zhì)”，事前、事中、事后“三維度”的封存監(jiān)測和評(píng)價(jià)體系，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測二氧化碳注入后儲(chǔ)層、流體的時(shí)變性。齊魯石化—?jiǎng)倮吞顲CUS項(xiàng)目布設(shè)了504個(gè)監(jiān)測點(diǎn)位，縱向監(jiān)測地下、淺層及地表、大氣，橫向監(jiān)測注入?yún)^(qū)、對(duì)比區(qū)，連續(xù)監(jiān)測低空空氣中的二氧化碳濃度。通過監(jiān)測，結(jié)果均無異常，證明了該項(xiàng)目長期封存二氧化碳的安全性。

形成了產(chǎn)出氣二氧化碳回收技術(shù)。針對(duì)驅(qū)油過程中不同階段采出氣規(guī)模和二氧化碳含量的差異，形成了不同的產(chǎn)出氣回收再注入利用模式，流程簡單、設(shè)備少、能耗低。開發(fā)了變壓吸附脫碳、低溫液化精餾、直接增壓回注等技術(shù)，研發(fā)了超臨界壓縮機(jī)等裝備，可以將產(chǎn)出的二氧化碳全部利用。

中國石油石化：我國發(fā)展CCUS還存在哪些難點(diǎn)有待突破？

李陽：我國CCUS產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨多個(gè)挑戰(zhàn)。首先，成本高、能耗高、效益差的問題依然存在，亟須加強(qiáng)CCUS全技術(shù)鏈創(chuàng)新，突破捕集和利用的理論和技術(shù)瓶頸，加快低濃度排放源的低能耗、低成本捕集技術(shù)研發(fā)。排放濃度小于15%的低濃度排放源，二氧化碳排放量占比達(dá)85%。預(yù)計(jì)近期捕集能耗可降至2.0吉焦/噸以下，捕集成本降至250元/噸左右。其次，二氧化碳化工轉(zhuǎn)化利用技術(shù)、生物利用技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)有待突破。再次，CCUS產(chǎn)業(yè)發(fā)展生態(tài)仍需完善。要著力構(gòu)建低碳、零碳的CCUS產(chǎn)業(yè)鏈，不斷創(chuàng)新和發(fā)展相關(guān)政策、法律法規(guī)和商業(yè)模式。

發(fā)展產(chǎn)業(yè)

中國石油石化：為促進(jìn)我國CCUS產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，您有哪些建議？

李陽：首先，建議以含油氣盆地為中心，建設(shè)源—匯優(yōu)化的“驅(qū)油封存中心”產(chǎn)業(yè)集群。

對(duì)于CCUS，大家更關(guān)注的環(huán)節(jié)是“用”。先驅(qū)油后進(jìn)行封存，是全球CCUS總的發(fā)展趨勢。我國CCUS在驅(qū)油領(lǐng)域發(fā)展的潛力很大。一方面，含油氣盆地具有多個(gè)油氣藏及大量的咸水層，是最有利的封存場所，初步評(píng)價(jià)具有上萬億噸的封存潛力。另一方面，源—匯優(yōu)化涉及社會(huì)經(jīng)濟(jì)、產(chǎn)業(yè)技術(shù)、自然環(huán)境和國土空間等多個(gè)要素，且碳源、碳匯具有時(shí)空動(dòng)態(tài)變化特征，需要從全局最優(yōu)的角度開展源—匯匹配。我國含油氣盆地分布范圍廣，具有很好的源—匯匹配性，可以進(jìn)行源—匯匹配的多目標(biāo)最優(yōu)化。

圍繞含油氣盆地，我們可以建設(shè)多個(gè)驅(qū)油封存中心，形成捕集—輸送—驅(qū)油封存利用產(chǎn)業(yè)集群，打造區(qū)域零碳低碳基地。例如，以渤海灣盆地為中心，形成輻射京津冀的渤海灣盆地千萬噸級(jí)CCUS項(xiàng)目群；以華東、江蘇、上海等區(qū)域?yàn)橹行?，形成長三角千萬噸級(jí)開放式CCUS產(chǎn)業(yè)集群。中國石化正在研究建設(shè)含油氣盆地驅(qū)油封存中心，推動(dòng)形成捕集、輸送、利用、封存的產(chǎn)業(yè)集群。

其次，建議加強(qiáng)CCUS技術(shù)與鋼鐵、化工等工業(yè)產(chǎn)業(yè)的融合，構(gòu)建工業(yè)行業(yè)的低碳零碳產(chǎn)業(yè)鏈，形成戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)。

我國完整的工業(yè)體系具有產(chǎn)業(yè)協(xié)同減排的優(yōu)勢。例如，鋼鐵工業(yè)生產(chǎn)流程復(fù)雜，排放源多，是難以深度脫碳的行業(yè)。通過CCUS實(shí)現(xiàn)化工轉(zhuǎn)化與鋼鐵生產(chǎn)流程深度耦合，重構(gòu)產(chǎn)業(yè)鏈，實(shí)現(xiàn)鋼鐵與能源化工行業(yè)的協(xié)同發(fā)展，形成新的產(chǎn)業(yè)。中國石化加氫合成甲醇技術(shù)，是CCUS化工利用與煤化工行業(yè)耦合發(fā)展的典型例子。

中國石化南化院完成了二氧化碳加氫合成甲醇150噸/年中試裝置，甲醇單程收率大于35%，與煤化工耦合能效提高10.5%，二氧化碳排放減少85%，甲醇產(chǎn)量增加124%。

這種以“用”為核心，通過技術(shù)創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)鏈拓展，構(gòu)建多技術(shù)協(xié)同的二氧化碳循環(huán)利用技術(shù)與產(chǎn)業(yè)體系，培育低碳零碳能源產(chǎn)業(yè)、工業(yè)產(chǎn)業(yè)、CCUS產(chǎn)業(yè)間聯(lián)合的碳利用產(chǎn)業(yè)集群，將提高效率，減少排放，實(shí)現(xiàn)區(qū)域循環(huán)型零碳排放的變革性重構(gòu)。

再次，建議推進(jìn)區(qū)域CCUS技術(shù)和產(chǎn)業(yè)協(xié)同發(fā)展，促進(jìn)區(qū)域能源安全、產(chǎn)業(yè)發(fā)展、CCUS協(xié)同，以及社會(huì)綜合減排成本的最小化。

我國區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展、國土空間和資源稟賦差異很大。應(yīng)以區(qū)域綜合減排成本最小化為目標(biāo)，集成能源安全、環(huán)境影響與社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，分析區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、能源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、行業(yè)競爭、技術(shù)發(fā)展等情況，明確區(qū)域碳中和目標(biāo)約束下各行業(yè)的CCUS減排貢獻(xiàn)需求，并考慮CCUS與其他減排技術(shù)的集成與耦和，進(jìn)行區(qū)域CCUS產(chǎn)業(yè)發(fā)展布局。在保證經(jīng)濟(jì)社會(huì)安全發(fā)展的前提下，優(yōu)化區(qū)域能源結(jié)構(gòu)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，發(fā)揮CCUS和CCUS+技術(shù)組合的效應(yīng)，確?！半p碳”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

責(zé)任編輯：陸曉如