CCUS（碳捕集、利用與封存技術）已成為全球應對氣候變化和實現區(qū)域碳中和目標的關鍵技術，為保障能源安全和人類可持續(xù)發(fā)展提供了技術支撐。本文梳理了CCUS技術體系及其發(fā)展脈絡，基于國內外CCUS技術的發(fā)展現狀，研究分析當前面臨的挑戰(zhàn)，并預測CCUS技術未來發(fā)展的前景。

一、CCUS技術基本概念

（一）CCUS技術定義

CCUS，全稱Carbon CaptureUtilization andStorage，指二氧化碳捕集、利用與封存技術[]。該技術指的是將二氧化碳從工業(yè)過程、能源利用或大氣中分離出來，然后直接加以利用，或者將其注入地層，實現二氧化碳的永久減排。它涵蓋了二氧化碳的捕集、運輸、利用及封存多個環(huán)節(jié)，是實現全球碳減排和我國“雙碳”目標的重要手段，能有效助力能源安全保障、生態(tài)文明建設和可持續(xù)發(fā)展。

（二）CCUS技術定位

CCUS技術在當今經濟社會發(fā)展中占據著舉足輕重的地位。在碳減排方面，它能捕集和封存原本排放到大氣中的二氧化碳，有效緩解工業(yè)生產過程和其他領域的碳排放強度，為全球碳減排提供有力可靠的技術支撐。

在能源轉型進程中，CCUS技術打破了傳統(tǒng)能源利用與低碳發(fā)展的矛盾困局一將二氧化碳注入枯竭油田或氣田，不僅可以實現碳封存，還可以提升油氣采收率，使化石能源開采從“資源消耗型”向“資源增值型”轉變。

在工業(yè)創(chuàng)新領域，CCUS技術正在催生出全新的產業(yè)生態(tài)。二氧化碳捕集后的資源化利用技術不斷突破，可將其轉化為合成燃料、建筑材料、人工生物合成等高附加值產品，為工業(yè)發(fā)展增添新鮮活力。

從能源安全角度出發(fā)，CCUS技術可促進化石能源的高效利用，延長其使用周期，保障能源供應的穩(wěn)定性。不僅如此，CCUS技術與可再生能源的協(xié)同發(fā)展?jié)摿薮螅L電、光伏等間歇性電力可驅動二氧化碳電解裝置，生成合成氣或甲烷，實現可再生能源的高效存儲與靈活應用。

在經濟可持續(xù)發(fā)展層面，CCUS技術的發(fā)展催生碳捕獲設備、封存設施、運輸管網等上下游相關領域的產業(yè)發(fā)展，建立產業(yè)鏈集群，打造“低碳、負碳”的經濟新模式。此外，CCUS技術的發(fā)展改變了傳統(tǒng)行業(yè)的“高碳”屬性，為鋼鐵、水泥等高排放行業(yè)重塑新的競爭優(yōu)勢。

正因如此，在全球范圍內，CCUS技術受到廣泛關注和高度重視，眾多國家紛紛投入大量資源進行項目研究和實踐。

（三）CCUS技術發(fā)展脈絡

CCUS技術的起源可以追溯到20世紀20年代人們對二氧化碳捕集技術的探索：在天然氣商業(yè)化利用進程中，研究發(fā)現，從甲烷中分離二氧化碳可以提高天然氣純度。此后，學術界開始研究二氧化碳“驅油”的理論和實驗。1972年，世界首個利用二氧化碳驅油的商業(yè)項目在美國得克薩斯州正式運行[2]。到20世紀80年代，科學家提出將二氧化碳封存于天然氣藏、咸水層等地質結構的設想[3]。近年來，隨著“雙碳”目標在全球范圍的提出，CCUS技術迎來了快速發(fā)展的黃金時期。我國在這一領域積極探索，已成功構建起全流程技術體系，并逐步進入規(guī)模化應用階段。

二、CCUS技術體系

（一）碳捕集技術

碳捕集技術是CCUS技術體系的首要環(huán)節(jié)，主要包括燃燒后捕集、燃燒前捕集、富氧燃燒和化學鏈燃燒等[4]。下表1是這些技術的應用原理和適用場景對比。

（二）碳運輸技術

碳運輸技術是將捕集到的二氧化碳輸送到利用或封存地點的過程，主要有管道、船舶、鐵路和公路等運輸方式。不同運輸方式各有優(yōu)劣：管道碳運輸具有運輸量大、連續(xù)性強的優(yōu)點，但建設成本高、靈活性差，適用于大規(guī)模、近距離的二氧化碳運輸。船舶碳運輸適合長距離、跨地區(qū)的運輸，運輸量較大，但運輸速度相對較慢，且需要配套的裝卸設施。鐵路和公路的碳運輸靈活性高，可實現門到門的運輸，但運輸量較小，運輸成本較高，一般適用于小批量、短距離的運輸。

在運輸過程中，需要特別關注二氧化碳的泄漏風險，必須采取嚴格措施確保運輸安全。同時，也要考慮運輸成本對整個CCUS項目經濟性的影響。因此，在選擇運輸方式時，需要綜合考量多方面因素，以實現運輸效率和成本的平衡。

（三）碳利用技術

碳利用技術是將二氧化碳轉化為具有經濟價值的產品，從而實現二氧化碳的資源化利用，廣泛應用于水泥、鋼鐵、化肥等行業(yè)。在水泥生產中，二氧化碳可作為原料參與反應，有效降低水泥生產過程中的碳排放。在鋼鐵行業(yè)，二氧化碳可用于鐵礦石的還原，減少對傳統(tǒng)化石燃料的依賴。在化肥生產中，二氧化碳可合成尿素等肥料。這些利用方式不僅減少了二氧化碳排放，還為相關產業(yè)提供了新的原料來源，推動產業(yè)綠色發(fā)展。隨著技術的不斷進步，碳利用的應用領域有望進一步拓展，展現出廣闊的發(fā)展前景。

表1碳捕集技術的特點對比

（四）碳封存技術

碳封存技術是將二氧化碳注入地下巖層等地質結構，實現二氧化碳的永久儲存。其原理是利用地質結構的密封性和穩(wěn)定性，將二氧化碳困在地下。常見的封存方法包括咸水層封存、枯竭油氣藏封存等。咸水層封存是將二氧化碳注入地下咸水層，利用咸水層的孔隙空間儲存二氧化碳；枯竭油氣藏封存則是將二氧化碳注入已經開采完的油氣藏中，這種封存方式還可以提高油氣采收率。

為確保封存的安全性，需要對封存地點進行嚴格的地質評估和監(jiān)測。通過建立監(jiān)測系統(tǒng)，實時監(jiān)測二氧化碳的泄漏情況，一旦發(fā)生異常，可以及時采取措施防止泄漏事故的發(fā)生，保障生態(tài)環(huán)境安全。

三、全球CCUS技術發(fā)展現狀

（一）全球CCUS技術應用領域

CCUS技術在多個行業(yè)展現出重要應用價值。在電力行業(yè)，其廣泛應用于燃煤電廠和天然氣發(fā)電廠，通過捕集燃料燃燒排放的二氧化碳，減少大型電力設施的碳足跡，推動電力生產的低碳化轉型。在石油化工行業(yè)，CCUS技術可應用于石油煉制、化工制造等過程，捕集工業(yè)排放中的二氧化碳，并將其應用于油藏開采或生產化學品，從而降低行業(yè)碳排放。在鋼鐵行業(yè)，CCUS技術有助于在煉鐵高爐和焦化過程中捕集二氧化碳，推動鋼鐵生產全生命周期的碳減排。在水泥行業(yè)，CCUS技術能捕集水泥生產過程中煅燒和化學反應排放的大量二氧化碳，實現封存和資源化利用，助力行業(yè)走向碳中和。此外，CCUS技術在航空航天等行業(yè)也具有潛在的應用價值，隨著技術不斷發(fā)展，未來有望為更多行業(yè)的低碳發(fā)展提供支持。

CCUS技術體系

（二）全球典型CCUS項目案例

全球典型CCUS項目案例如表2所示。

四、我國CCUS技術發(fā)展現狀

（一）我國CCUS技術政策環(huán)境

我國政府高度重視CCUS技術發(fā)展，出臺了一系列相關政策。在國家層面，2023年國家發(fā)展改革委等10部門發(fā)布《綠色低碳先進技術示范工程實施方案》，明確提出到2025年和2030年CCUS示范項目年捕集利用與封存量標準。還設立專項基金，預計到2025年總投入達100億元，支持技術研發(fā)和產業(yè)化推廣。

在地方層面，各地積極響應國家政策，根據自身產業(yè)特點和需求，制定適合本地的CCUS發(fā)展規(guī)劃和政策。這些政策為CCUS技術發(fā)展提供了有力支持和引導，激勵企業(yè)加大投入，推動技術創(chuàng)新和項目建設，促進CCUS技術在我國的廣泛應用。

（二）我國CCUS技術發(fā)展水平

我國在CCUS全流程技術體系方面取得顯著進展。在碳捕集技術上，已形成不同濃度排放源的CO捕集技術，并在煤電、石化、水泥及鋼鐵等行業(yè)開展了大量示范應用[8]。例如，2023年中國科學院和清華大學聯(lián)合研發(fā)的新型吸附劑材料，提高了二氧化碳捕集效率，成本降低 30% 以上。

表2全球典型CCUS項目案例

在碳利用方面，中石油、中石化、中海油和延長油田在多種類型油藏開展 CO₂ 驅礦場試驗，形成二氧化碳驅油與封存配套技術體系；化學轉化及生物利用技術也快速發(fā)展，部分 ?CO₂ 合成液體燃料、化工材料技術及CO礦化轉化技術已實現示范應用[9]。

在碳封存領域，我國建立了封存安全性評價、監(jiān)測及全生命周期評價技術[10]。整體而言，我國CCUS技術不斷創(chuàng)新突破，已進入規(guī)?；瘧秒A段。

（三）我國典型CCUS項目案例

我國CCUS典型項目案例如表3所示。

五、CCUS技術面臨的挑戰(zhàn)

（一）技術成熟度挑戰(zhàn)

CCUS核心技術尚未完全實現商業(yè)化，成本居高不下，且可靠性有待提升。當前，碳捕集技術中，新型吸收劑和膜材料的性能雖有進步，但在大規(guī)模應用時成本仍較高。碳運輸方面，管道建設成本高昂，而船舶、鐵路和公路運輸在安全性和效率上也存在不足。碳利用技術雖有多種途徑，但多數處于實驗或小規(guī)模示范階段，難以實現大規(guī)模工業(yè)化生產。碳封存技術在地質穩(wěn)定性評估和長期監(jiān)測方面還存在不確定性。

未來CCUS技術研發(fā)和創(chuàng)新的重點在于降低成本、提高效率和增強可靠性。例如，研發(fā)新型吸收劑和膜材料以提高碳捕集效率和降低成本；優(yōu)化運輸方式，提高運輸安全性和經濟性；探索二氧化碳轉化為高附加值產品的新技術，提升碳利用的經濟效益；加強地質研究和監(jiān)測技術，確保碳封存的長期安全性。

（二）基礎設施建設挑戰(zhàn)

大規(guī)模建設CCUS配套基礎設施需要巨額投資，面臨諸多困難。建設捕集設施時，往往需要對現有工業(yè)裝置進行改造或新建，成本巨大。在運輸方面，管道建設不僅投資高昂，還涉及土地征用、環(huán)境評估等復雜問題；船舶、鐵路和公路運輸則需要配套的裝卸和儲存設施。而封存設施建設前，需要進行詳細的地質勘探和評估，以確保封存地點的安全性和穩(wěn)定性。

基礎設施建設規(guī)劃應綜合考慮源匯匹配、產業(yè)布局和運輸成本等因素。優(yōu)先在二氧化碳排放集中的地區(qū)建設捕集設施，合理規(guī)劃運輸路線，選擇合適的封存地點。加強不同地區(qū)和行業(yè)之間的合作，實現基礎設施的共享和優(yōu)化配置，提高建設效率和經濟效益。

（三）政策法規(guī)障礙

當前，相關法規(guī)和標準不完善，政策激勵性不足，在一定程度上限制了CCUS技術的應用。目前，我國缺乏統(tǒng)一的CCUS技術標準和規(guī)范，導致項目建設和運營缺乏依據。在碳排放權交易市場中，CCUS項目的減排量認定和交易機制尚不明確，影響了企業(yè)參與的積極性。此外，政策對CCUS項目的資金支持力度有限，企業(yè)承擔的風險較大。

為解決這些問題，政策法規(guī)的制定和完善方向應包括建立健全技術標準和規(guī)范，明確項目建設、運營和監(jiān)管要求；完善碳排放權交易市場，將CCUS項目納入其中，給予合理的減排量認定和交易價格；加大財政補貼和稅收優(yōu)惠力度，降低企業(yè)投資風險，鼓勵更多企業(yè)參與CCUS項目建設和運營。

六、CCUS技術的未來發(fā)展前景

（一）市場需求預測

國際能源署預測，在可持續(xù)發(fā)展情景下，2030年全球CCUS捕集需求或達56.4億噸，到2070年或達104億噸?！吨袊趸疾都门c封存（CCUS）年度報告（2023）》顯示，在碳中和目標下，我國到2060年對CCUS的理論需求約為23.5億噸/年，以239元保守碳價估算，市場規(guī)模達5616億元。由此可見，全球和中國CCUS市場需求呈快速增長趨勢。市場需求受政策推動、減排目標約束、技術成本降低等因素影響。隨著各國對“雙碳”目標的重視，政策支持力度加大，將進一步刺激CCUS市場需求釋放。

表3我國CCUS典型項目案例

（二）技術創(chuàng)新方向

為了更好地滿足市場需求、提升CCUS技術的應用效能，在捕集、利用、封存等各個關鍵環(huán)節(jié)都需要持續(xù)推進技術創(chuàng)新。例如：捕集環(huán)節(jié)，研發(fā)新型吸收劑和膜材料，提高二氧化碳捕集效率，降低成本。新型吸收劑應具備高選擇性、高吸收容量和低再生能耗等特點，膜材料需有高滲透性和選擇性。利用環(huán)節(jié)，探索二氧化碳轉化為高附加值產品的新技術，如合成燃料、化學品等。封存環(huán)節(jié)，加強地質研究和監(jiān)測技術，確保碳封存的長期安全性。技術創(chuàng)新的重點是提高效率、降低成本和增強可靠性，難點在于新材料研發(fā)、工藝優(yōu)化和長期效果驗證。

（三）產業(yè)發(fā)展趨勢

CCUS產業(yè)將呈現產業(yè)鏈協(xié)同發(fā)展趨勢。從二氧化碳捕集、運輸、利用到封存，各環(huán)節(jié)企業(yè)加強合作，實現資源共享和優(yōu)勢互補，提高產業(yè)整體競爭力。同時，CCUS技術將與清潔能源和儲能等其他低碳技術融合發(fā)展。例如，與可再生能源結合，利用多余電力進行二氧化碳捕集和轉化；與儲能技術結合，解決二氧化碳利用過程中的間歇性問題。產業(yè)發(fā)展機遇在于政策支持和市場需求增長，但也面臨技術成熟度、基礎設施建設和成本等挑戰(zhàn)。

（四）對實現“雙碳”目標的貢獻

CCUS技術對實現“雙碳”目標意義重大。在減少二氧化碳排放方面，直接捕集和封存大量二氧化碳，降低大氣中溫室氣體濃度。促進化石能源高效利用，通過二氧化碳驅油等技術提高石油采收率，延長化石能源使用周期。推動能源行業(yè)轉型，為鋼鐵、水泥等高排放行業(yè)提供深度脫碳方案。CCUS技術還可與其他減排技術協(xié)同作用，如與可再生能源配合，實現能源結構多元化，加速“雙碳”目標的實現。

注釋：

[1]朱昌海：《CCUS技術將穩(wěn)站碳中和C位》，《中國石油企業(yè)》，2022年第9期，第57頁。

[2]楊文潔：《碳捕獲使用與埋存（CCUS）技術路徑的成本分析研究》，天津科技大學，2020年。[3]曹金康：《區(qū)域CCUS系統(tǒng)建模與安全風險評估研究》，青島科技大學，2023年。

[4]蘭林、徐飛、夏林、鄒鵬飛、黃曉榕、賈元輝：《變壓吸附技術在工業(yè)化碳捕集中的應用現狀》，《天然氣與石油》，2024年第2期，第21-28頁。

[5]方宏萍、王洪飛、宋彩霞等：《二氧化碳捕集技術應用研究進展》，《山東化工》，2024第10期，第128-130、134頁。

[6]趙杰、李昌建、袁向華：《淺談我國二氧化碳減排途徑及對策》，《環(huán)境科學導刊》，2010年第A01期，第1-4頁。

[7]鄭文廣、肖睿、宋啟磊等：《基于CaSO4載氧體加壓化學鏈燃燒分析》，《中國工程熱物理學會燃燒學2009年學術會議論文集》，2009年，第1-9頁。[8]李陽、王銳、趙清民、方欣：《中國碳捕集利用與封存技術應用現狀及展望》，《石油科學通報》，2023年第4期，第391-397頁。

[9]同[8]。

[10]陸曉如：《推動形成CCUS戰(zhàn)略產業(yè)——專訪中國工程院院士李陽》，《中國石油石化》，2024年第3期，第16-19頁。

（董勤楊為北京綠色產業(yè)發(fā)展促進會副會長、正高級經濟師；尹洪乙為北京愛企邦科技服務有限公司綠色發(fā)展中心主任；郭慧敏為北京愛企邦科技服務有限公司綠色發(fā)展中心副主任）

兼職編輯：常思哲