在应对全球气候变化和推动能源转型的背景下,碳捕集、利用与封存(CCUS)技术正逐渐成为实现碳中和目标的关键途径之一。近日,中国工程院院士,国际二氧化碳捕集利用封存技术创新合作组织(筹)秘书长李阳表示,当前我国CCUS开展如火如荼,CCUS也将在新型能源体系中占据一席之地,但其技术发展还面临成本高、效率低、效益差等挑战,对此李阳提出应加强我国技术创新,构建发展生态,制定政策法规,促进合作交流。
示范规模持续扩大
李阳指出,随着应对气候变化和碳中和行动的推进,CCUS技术体系不断丰富,且已形成三大趋势:从咸水层地质封存到驱油封存;从化学利用转向地质利用;从空气捕集或零散放源捕集转为排放源捕集。
基于此,全球CCUS已进入大规模应用阶段,并向工业行业深度延伸。截至2023年,世界各国均加快了CCUS项目布局,全球共有392个大型CCUS项目,年捕集能力达到3.61亿吨。同时,CCUS示范应用行业更加广泛,覆盖火电、炼化、钢铁、水泥、生物质发电等难以脱碳的行业。
与此同时,中国CCUS示范规模也在不断扩大。根据2023中国CCUS年度评估报告,到2023年9月,我国CCUS示范项目109个,捕集能力600万吨/年,注入能力400万吨/年。并且,已投运的和规划建设中的CCUS示范项目规模明显扩大,多个百万吨级以上项目正在规划或建设中。
“CCUS是新型能源体系的重要组成,未来能源体系将是化石能源+CCUS与新能源+储能的融合。”李阳指出,其中,CCUS支撑化石能源清洁低碳和低成本稳定供应,可再生能源推动CCUS低碳发展,能源系统+CCUS让“清洁低碳+低成本+充足稳定”和“大规模+低成本+低能耗”两个不可能三角可能化。即可以通过CCUS,减少化石能源过程和末端碳排放;利用CO₂强化化石能源开采;利用可再生能源零碳属性,为CCUS系统提供零碳能源;通过CCU消纳可再生能源,生产零碳能源产品或储能协同CO₂减排。
发展面临多重挑战
李阳指出,CCUS技术在实现碳中和目标的过程中面临多重挑战。
首先是规模化应用的挑战。据联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)发布的第六次评估报告,1850—2019年,人类活动历史累积CO₂净排放量23900亿吨。人为排放的二氧化碳,23%由海洋吸收,31%由陆地生态系统吸收,剩下的46%留存于大气中,导致大气二氧化碳浓度增加,严重影响全球碳循环。李阳指出,碳中和有助于保持生态系统中碳的自然循环平衡。实现碳中和目标需要规模化部署碳减排技术,这些技术将在全球碳循环和气候系统中发挥关键作用,形成人类活动与自然环境之间的动态互动和反馈机制。
其次是捕集效率低、能耗高。工业排放气源类型多,浓度差异大(CO₂含量5%~95%),组分复杂,捕集效率低,捕集能耗高、成本高。低浓度排放源捕集成本300-400元。李阳指出,为了提高碳捕集的效率并降低能源消耗,我们需要开发更高效的捕集材料和工艺。
再次,CCUS成本高、经济效益差。伍德麦肯兹报告显示,全球CCUS项目的捕集平均加权成本约58美元/CO₂,中国CCUS示范项目捕集成本在100-500元/吨CO₂,因此,降低成本、实现减排收益是产业化的关键。
最后是转化效率低。CO₂具有热力学稳定性、动力学惰性,难以转化,需要提高物质和能量的转化效率。李阳指出,为了提高转化效率,我们需要专注于开发新型催化剂,并探索更高效的转化路径,以便更有效地将CO₂转化为有价值的产品。
四方面推进高质量发展
“为了推动CCUS技术发展,我们需要采取一系列措施来降低成本、减少能源消耗、提高效率,并确保整个过程对环境友好且可靠。”对此,李阳给出以下建议。
一是加强技术创新与合作。需要在CCUS技术的化学和物理反应机制上进行创新,包括集成现有技术、优化工程设计,以及提高操作的灵活性和可调度性。此外,应该探索不同的应用场景,实施组合式项目,并促进区域间的协同合作。
二是构建技术和产业的发展生态。包括开发低能耗、低成本的捕集技术,优化驱油封存技术,以及提高转化技术的效率。同时,还应该关注系统集成和耦合技术的优化,以提高整体性能。在人才培养方面,需要加强学科建设,促进科研与教育的融合,以及产业与教育的结合。在技术与产业的融合方面,应推动区域CCUS产业的发展,重塑产业,构建低碳或零碳产业链,并在含油气盆地形成驱油和封存产业集群。
三是制定支持性政策和法规。建议政府制定相关政策,推动碳税、金融支持和投资多元化。建立碳交易市场,如中国核证减排量(CCER)机制,可以为CCUS项目提供经济激励。
四是促进合作与交流。打造国家创新高地,加强国内外的合作与交流,协同解决问题,共同推动CCUS技术的发展,使其成为实现碳中和目标的重要工具,在减少温室气体排放的同时促进经济可持续发展。
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