中国碳捕集利用与封存技术评估报告

决策者摘要 碳捕集利用与封存（carbon capture，utilization and storage，CCUS）是指将二氧化碳（CO2）从工业排放源分离后加以利用或封存，从而实现CO2减排的过程，包括捕集、输送、利用及封存多个环节。CCUS技术可助力全球及我国碳中和目标实现，保障我国能源安全，推进生态文明建设及可持续发展。为了更好地为国家、地方和行业相关科技和产业减排政策制定提供依据，本报告对CCUS技术的角色和定位、发展现状、目标及预期、潜力和效益及早期发展机会进行了系统评估，并在此基础上给出了相关科技政策建议。 1. CCUS技术对我国经济社会可持续发展具有重大战略意义，相关政策激励有待进一步强化 CCUS为我国应对气候变化提供重要技术选择，为保障我国能源安全提供重要技术支撑，为实现我国经济社会可持续发展提供重要技术手段。CCUS是实现2℃乃至1.5℃温升控制目标的关键技术，预计至2060年累计减排量的14%来自CCUS，在B2DS情景（即2100年全球平均温升为1.75℃）下，到2100年CCUS的减排贡献达32%。同时CCUS技术可实现煤炭大规模低碳利用，促进我国从化石能源为主的能源结构向低碳多元供能体系平稳过渡，有效强化并提升常规油气资源采收率，降低能源对外依存度，在满足减排需求的前提下保障我国能源安全；此外，CCUS技术涉及电力、化工、水泥、钢铁、资源开采、农业等多个行业，可在强减排条件下实现上述行业低碳持续稳定发展。 我国在国家层面、地方层面陆续发布了多项政策，明确了CCUS技术定位、路线及规划，但同国外相比，我国的政策激励力度还有待进一步加强。2014年以来，国务院及国家部委先后制定并发布了10余项国家政策或发展规划，各地也根据各自能源、经济发展状况出台了CCUS相关政策和发展规划，明确了CCUS技术定位、路线及规划，促进了低碳技术研究和应用。但同美国45Q修正案、加拿大实施的碳税政策、英国的差异化上网电价合同等国外CCUS政策相比，我国的激励政策、产业部署及管理体系尚不完善，有待进一步加强。 我国CCUS技术未来将向着以构建低成本、低能耗、安全可靠的全链条产业集群为目标的方向发展。到2030年，CO2捕集技术的成本与能耗比目前降低10%～20%；大型CO2增压（装备）技术得到突破，建成具有单管200万t/a输送能力的陆地长输管道；CO2强化采油、重整制备合成气等示范技术开始进入商业应用阶段并具备产业化能力。到2035年，CO2捕集技术的成本与能耗比目前降低15%～25%；CO2地质封存安全性保障技术获得突破，建成大规模示范项目，基本具备产业化能力。到2050年，CO2捕集成本进一步降低，地质利用与封存技术、化学与生物利用技术的CO2利用量将会进一步增加，CCUS技术实现广泛部署，建成多个CCUS产业集群，实现化石能源大规模低碳利用，并且与可再生能源结合实现负排放，为我国建设绿色低碳多元能源体系提供技术保障。 2.目前我国大部分CCUS技术处于研发示范阶段，与国外尚存在差距，技术经济性有待改善，减排潜力有待释放 近年来我国CCUS各环节均取得了显著进展，我国整体技术发展水平与国外相当且部分技术处于优势，但关键技术仍存在差距。燃烧前物理吸收法、罐车运输、船舶运输、浸采采矿技术、合成可降解聚合物等技术国内外均已达到商业应用阶段。我国CO2驱替煤层气、CO2制备烯烃技术分别达到工业示范阶段和中试阶段，领先于国外尚处于的中试阶段和基础研究阶段。而对于目前CO2捕集潜力*大的燃烧后化学吸收法、CO2输送潜力*大的管道运输技术以及经济效益更好和封存潜力更强的CO2强化采油技术，国外均已进入了商业示范阶段，而我国还处于工业示范阶段或中试阶段，与国外差距明显。 我国CCUS技术未来理论减排潜力巨大，但受制于CCUS各环节关键技术成熟度及经济性，减排潜力目前难以释放。具有较大减排潜力的燃烧后化学吸收等CO2捕集类技术、CO2矿化养护混凝土等化学和生物利用类技术及CO2强化采油等地质利用及封存类技术，尚处于中试阶段或工业示范阶段，技术经济性还不具备优势。未来5～10年内，随着CCUS技术不断发展，碳减排政策激励力度和范围不断增加，这些技术的成熟度与经济性将不断提高，逐步进入商业化运行阶段，减排潜力逐步释放。预计到2030年，CO2捕集技术、CO2化学和生物利用技术、CO2地质利用和咸水层封存技术的理论减排潜力分别可达6亿t、1.1亿t、0.6亿t和0.5亿t；在加大政策激励条件下，2030年CO2化学和生物利用技术的理论减排潜力约为1.7亿t，CO2地质利用和咸水层封存减排潜约为1.35亿t和1亿t。 CCUS技术目前成本依然偏高，除当石油价格处于高位时，CO2驱油的经济效益较好，可有机会实现零成本减排外，其余能源增采等地质利用与封存技术在政策激励及政府支持缺失条件下很难盈利。目前我国CO2捕集技术的热耗量、电耗量、设备投资均较高，导致CCUS技术总成本偏高，CO2强化开采甲烷(CH4)等地质利用及封存类技术经济效益较差。未来随着技术进步主要的CO2利用技术将实现商业化运行，预计到2030年可以创造2499亿～3617亿元的工业产值，其中CO2化学利用类技术的工业产值*高，可达2036.5亿～2739亿元，并且在与可再生能源结合及未来碳减排效益提升的情况下化工利用技术经济性将会进一步改善；同时油、气、热等能源增采（产）类CO2利用技术与矿化利用类技术的工业产值也可以达到较高水平。 CCUS技术不仅能有效减少碳排放，还可实现CO2资源化利用、保护环境、破解区域发展瓶颈、实现可持续发展等重要的环境社会效益。CO2资源化利用技术可提高化工产品及农产品的生产率，促进工业废弃物的循环利用，同时减少工业用水，保护农业水资源。CO2矿化利用技术，可同时实现多点源CO2排放的原位固定与天然矿石的资源化利用。CO2生物利用技术在整个转化过程中不使用化学药品，有利于土壤的改良。CCUS技术与特定区域发展具有较好的互补性，能实现CO2排放源的就地利用，促进当地能源、矿产资源及水资源开采，既能增加我国能源及矿产资源供给比例，又可解决水资源优化配置问题，有效推动当地经济社会可持续发展。 3.全链集成技术可增强CCUS技术可行性，缓解高排放工业过程减排难题，保障未来我国多元能源系统安全稳定运行 CCUS各环节技术全链集成，可保障CCUS技术可行性、降低技术成本。CCUS全链集成技术通过兼顾单元与整体，可有效实现对CO2物流物化性质要求不一的各环节之间的良好兼容，通过能量与物质流动的链接将各技术环节集成为一体化系统，增强CCUS技术的可行性。CCUS技术通过与天然气加工、煤化工等高浓度碳排放源耦合集成，能有效降低CCUS成本。此外，CCUS与强化采油过程的耦合集成甚至能够实现负成本减排。 CCUS与燃煤电厂等高排放工业过程集成，可缓解工业过程减排难的问题。从CCUS与能源-化工行业集成的角度看，通过将CCUS技术与燃煤电厂、水泥行业及钢铁行业等耦合集成，能够为这些高排放行业累计减少数百亿吨的CO2排放，减排效益十分明显。同时CCUS为解决高碳能源低碳利用、高排放行业低碳持续运行难题提供技术保障，借助CCUS技术燃煤电厂具备与可再生能源竞争合作的条件。 CCUS与未来多元能源系统集成，可实现负碳排放和能源安全利用。CCUS技术与化石能源利用相结合，可在满足减排目标的同时保障能源供给。CCUS技术与生物质能耦合集成能形成巨大的负排放潜力，是未来有望将全球升温稳定在低水平的关键技术。CCUS技术与化石燃料制氢技术集成，可实现“灰氢”到“蓝氢”的转变，此外，CCUS与氢能耦合可拓展新型储能模式，缓解多元能源系统供需不平衡的矛盾。 4.降低CCUS集成成本的关键在于选择合理的产业集成方式与商业模式 基于行业特点和区域特性进行合理的产业集成能有效降低CCUS成本。未来随着CCUS各环节技术不断进步和全链集成方式不断优化，CCUS经济性将不断改善。我国各产业CCUS全流程减排成本与国外相比整体处于低位水平，具备相当的成本优势。天然气加工等高浓度排放源应用CCUS技术的减排成本*低，仅为19.7～33.1美元/t，燃煤电厂+CCUS在各类电厂中成本较低，且在山西、内蒙古等省份比可再生能源发电更具成本优势。 合适的商业模式是降低CCUS成本的有效手段，在不同的CCUS技术发展阶段宜选用不同的商业模式。国有企业模式可以*灵活地实现各环节之间的利益补偿，同时在交易与获取资金方面成本*低，适合在早期CCUS技术成本较高且二代技术研发示范投入较大的条件下采用。联合经营企业模式适合由国内大型能源企业在二代技术示范阶段采用，以更好地推动二代技术的发展。CO2运输商模式交易成本相对较低，可以在二代技术商业化初期采用。CCUS运营商模式适合在CCUS技术较为成熟时采用，以解决不同捕获源与封存地之间大规模长距离的“源汇匹配”问题。 5.早期发展机会和政策建议 选择合适的早期机会对CCUS技术发展至关重要。从代际更替出发，应优先开展CCUS技术代际转化，并对现有煤电厂进行CCUS技术改造，加快推进我国CCUS捕集技术代际更替。从技术发展成本出发，将高浓度CO2排放源与地质、化工与生物等成熟利用技术结合是早期示范的*佳机会，可有效降低CO2捕集能耗、初始投资成本及运行维护成本。从源汇匹配出发，鼓励因地制宜优先发展较为成熟的CO2利用技术，优先在东部、南部应用CO2化工与生物利用技术，在中西部及东北地区应用CO2地质利用与封存技术。从产业集群出发，通过发展CCUS技术各环节产业集群增强技术应用的可行性，通过CCUS技术与工业过程、可再生能源集成优化推动构建新型多元能源系统。 未来应从以下方面加强政策部署，推进CCUS技术发展：一是加大CCUS科技投入，支持CCUS关键核心技术和装备的研发与应用；二是加强统筹规划和系统部署，将CCUS纳入科技创新中长期发展规划，制定推动CCUS示范项目产业化发展政策，制定科学合理的涵盖CCUS建设、运营、监管及终止的制度法规和标准体系；三是加快开展大规模集成示范，加速推进CCUS产业化集群建设，逐步将CCUS技术纳入能源和矿业等绿色发展技术支撑体系；四是积极参与并深化CCUS技术多边机制合作，加强技术合作研发与转移，促进国际知识共享。 **章 概述 近年来，随着CCUS技术的持续发展，其内涵不断深化拓展，CCUS技术将在减少温室气体排放、实现碳中和目标，保障能源供应安全、推动社会经济可持续发展等方面扮演更加重要的角色。CCUS技术发展现状、发展趋势以及面临的机遇和挑战等引起了国际社会的广泛关注。为了更好地为国家、地方和相关行业的科技发展规划和产业政策制定提供依据，亟须对目前CCUS技术进行全面的梳理和评估。 **节 CCUS技术的系统内涵与分类 CCUS技术是一种包含多环节的复杂减排系统（图1-1），由多个跨地域的基础设施组成，同时具有多个责任主体并能够在商业化后形成区域集群。本报告所列入的CCUS技术应同时具备两种属性：①二氧化碳（CO2）直接参与到系统中；②在原理上能够实现净减排。 图1-1 CCUS系统 图上仅显示两个集输枢纽和一个封存枢纽，实际上CCUS可能含有多个集输、封存枢纽 一、CCUS技术的定义 CCUS技术是指能将CO2从工业、能源生产等排放源或空气中捕集分离，并输送到适宜的场地加以利用或封存，*终实现CO2减排的技术。20世纪80年代起，科学家开始提出将CO2封存于天然气藏、咸水层等地质结构的设想（Okken et al.，1989；Van Der Meer，1992），随后政府间气候变化专门委员会（The Intergovernmental Pane