《张江科技评论》
开博时间：2019-06-06 14:03:00《张江科技评论》是由上海科学技术出版社与上海市张江高科技园区管理委员联合创办的一本科技评论类杂志。该刊报道评价国内外创新性科学技术的发展趋势及其商业价值，介绍上海在建设全球领先科创中心进程中的制度成果、技术成果、创业成果，推动产学研密切协作，促进科技成果转化，服务经济转型发展。
加速迈向碳中和之碳捕集、利用与封存技术
2022-05-24 12:06:00减少碳排放，实现碳中和，是应对气候变化、实现人类可持续发展的重要举措。碳捕集、利用与封存技术是我国实现碳中和目标的重要手段，国内外碳捕集、利用与封存技术的研究现状及发展趋势如何？又存在哪些问题？
碳捕集、利用与封存（CCUS）是将二氧化碳从排放源中分离后直接加以利用或封存，以实现二氧化碳减排的技术过程。作为一种非电零碳（负碳）技术，CCUS是我国实现碳中和目标的重要技术手段。
CCUS是支撑构建新型电力系统的重要技术手段
CCUS为保留火力发电机组提供减碳技术手段。随着新能源的大规模使用，火力发电机组仍将在惯性支撑和频率控制等领域发挥重要作用，火力发电机组采用CCUS可以保障电力系统在安全稳定运行下，实现净零排放。
CCUS技术在碳中和后期作用更为明显。碳达峰时期（碳中和初期）（2021—2030年）以节能减排技术为主，大幅降低火力发电机组煤耗、工业能耗和消费电耗。碳中和中期（2030—2050年）以电力零碳技术为主，在风力发电、光伏发电等技术逐渐成熟并实现平价上网的同时，储能、核能等技术的研发将持续加大，在安全、经济、可行的基础上尽可能开发净零排放的增量能源。碳中和后期（2050—2060年）将以化石能源、生物质能加CCUS技术突破为主，随着减碳空间的逐渐减小，需要进一步深化对化石能源的清洁利用。根据国际能源署预测，2050年碳捕集技术的应用规模将达到目前的200倍左右。
CCUS技术将在上海碳中和推进过程中起到重要作用。上海通过电力零碳技术获得能源增量有限。在光伏发电方面，上海属于光伏三类资源区，年平均日照时间仅为1000小时，受制于土地和屋顶资源，光伏理论最大值为1700万千瓦。在风力发电方面，受生态保护要求、项目周期、跨省协调机制等的影响，本地风力发电实际可开发规模不足600万千瓦，为确保大都市能源安全必须保留本地煤机。上海外来电比重接近一半，存在季节性供需不平衡。随着“双碳”目标的推进，各省（区、市）对清洁电力争夺将日趋激烈，外部电力供应面临减供风险。为保证上海能源安全必须保留本地火力发电机组，CCUS是本地火力发电能够实现大规模减碳的唯一途径。
CCUS研究应用现状
从技术演进来看，CCUS是碳捕集与封存（CCS）技术新的发展趋势。通过将捕集到的二氧化碳进行提纯并循环再利用，能够提升经济性和现实操作性。在碳利用的主要领域中，强化采油是目前较为主流的利用方式。高盛公司2020年发布的数据显示，现阶段国际上碳封存成本和温室气体减排潜力由低到高依次为天然碳汇（成本和碳捕集能力均最低）、工业CCUS、生物质碳捕集与封存技术（BECCS）以及直接空气碳捕集与封存技术（DACCS，成本和碳捕集能力均最高），后两者仍处于研究的初级阶段。
从技术应用来看，美国碳捕集项目相关研究应用开展较早且较为成熟，在项目数量、捕集规模及二氧化碳输送管网等方面均位居全球第一。截至2020年12月，美国工业规模的CCUS项目二氧化碳年捕集能力达2500万吨，相当于每年减少运行汽车540万辆，且部分项目已实现市场驱动。美国拥有超过8000千米的二氧化碳输送管道，约占全球的85%。还有一部分国家以直接封存项目示范为主：挪威于1996年建成全球首个二氧化碳直接地质封存项目，年封存二氧化碳近100万吨；加拿大和澳大利亚先后于2015年、2016年建成年捕集能力分别为110万吨、400万吨的地质封存项目；日本配合制氢，于2016年建成年捕集能力为10万吨的地质封存项目。相比之下，我国所处的CCUS技术发展阶段离大规模商用仍有较大距离。我国CCUS项目最早于2007年建成，主要依托石油化工、大型发电企业开展示范，以10万吨级捕集规模为主，捕集的二氧化碳主要应用于石油开采、工业焊接和食品行业。目前，国内十余个示范项目设计年处理二氧化碳总量约100万吨，部分项目在示范后不久就处于间歇式运营或停运状态。
国外CCUS相关激励政策及投融资模式分析
国外支持政策主要包括税收优惠、补贴政策及对CCUS建立电力配额和相关标准等3个方面。
税收优惠是研发和推广低碳技术的重要推动力。欧洲一些国家征收碳税或者气候变化税（如英国征收气候变化税）作为“碳排放信托基金”。还有部分国家直接减免从事碳捕集活动的企业税收，如瑞典对封存二氧化碳的企业实施免征碳税，美国电厂通过捕集并安全封存二氧化碳可以获得税收抵免，抵免额从2018年的28美元/吨将上升到2026年的50美元/吨。
补贴政策是提升CCUS投资的直接牵引力。在CCUS项目研发初期政府采用的直接补贴方式有3种：一是对配备有CCUS的电厂发电进行补贴，如英国采用差价合约为符合条件的发电厂（包括装备有CCUS的电厂）提供一个固定的“执行电价”，保证电厂在波动的电力市场中以固定的价格进行交易；二是对CCUS技术研发进行补贴，促进其商业化利用，如英国政府为CCUS技术研发提供了1.25亿英镑作为支持；三是将强制政策与市场化激励政策相结合，如美国将碳排放交易额的5%用于补贴电力企业使用CCUS技术。
建立电力配额和相关标准是发展CCUS技术的强制驱动力。电力配额制度规定了消费端的低碳电力比例，同时电厂建设标准直接从源头上约束二氧化碳排放。例如，英国将碳捕集技术作为政府采购的重要对象，在设计和建设300兆瓦以上电厂时必须预留碳捕集装置，从2025年起未采用碳捕集技术的燃煤电厂将被强制关闭。美国为靠近封存可行地点的燃煤电厂提供优先发电权，并要求电网确保按一定比例从采用CCUS技术的电厂购买电力，禁止新建未配置碳捕集技术的电厂。
国内CCUS等减排技术发展仍存在较多阻碍
我国复杂的地质条件加大了CCUS封存的不确定性，对其技术经济可行、风险可控带来了很大的挑战。一是CCUS项目前期投资大，产业发展存在融资缺口。国际能源署预计，到2050年，全球需要开发3400个CCUS项目，额外投资2.5万亿～3万亿美元。未来25年，美国CCUS投资预计达到6800亿美元，其中包括280亿美元的基础设施投资。中国和印度在2010—2050年发展CCUS项目需投入1.17万亿美元。二是CCUS产业融资期限长、关系复杂、风险高。CCUS发展时间跨度大，涉及捕集、封存、利用等多个环节，涵盖能源、化工、食品等多个行业，且CCUS是半公共品，其技术开发和应用是被动式的，企业投建设备时面临的市场风险较大。三是CCUS法律和政策机制欠缺。CCUS技术缺乏政策指导、法律法规体系有待健全，政府支持力度有限（目前仅有国家科技计划和科技专项计划作为支持），且CCUS产业各环节的利益关系需要进行合理的协调分配。
国内CCUS项目可持续运营缺乏完整产业链支撑。一是二氧化碳及衍生品市场供大于求。以上海为例，市场二氧化碳年需求量约为15万吨，但本地骨干生产企业年产达37.5万吨，且周边省市如江苏泰兴、海门、启东等地有近100万吨的年产能（主要是气田产出）。二是市场碳价没有考虑减排成本。全国碳市场碳价为50～60元/吨，而商品市场中二氧化碳均价往往超过200元/吨。但是，目前国内示范项目二氧化碳的处理成本为300～500元/吨，部分富氧燃烧项目成本为800元/吨。三是利用场景仍然单一。受限于牌照、运输存储能力、技术水平等因素，远离油田的电厂等企业捕集的二氧化碳主要利用方式仅为工业焊接，无法实现大规模利用。
推动CCUS发展的思路及建议
一是可探索出台相关支持政策，稳定火力发电机组保有量。探索出台鼓励电厂配套碳捕集技术的相关政策，减缓传统能源电厂退出时间，确保本地电网向以新能源为主体的新型电力系统安全过渡。二是充分利用现有资源，提前布局负碳技术研究。可在部分电厂进行CCUS项目研究示范，并加强生物固碳和空气碳捕集等技术和关键材料的研究应用，探索上海周围海域碳封存的可能性。三是研究“CCUS+火力发电机组”参与绿电交易的可行性。现阶段，CCUS并未纳入碳市场，配置CCUS的电厂也未被当作绿电消纳，相应成本没有在上网电价中体现，后续需要加强“CCUS+火力发电机组”参与绿电交易的相关标准体系和制度建设研究。
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