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天天消息!36氪研究院 | 2022年中國碳捕集、利用與封存(CCUS)洞察報(bào)告

2022-06-30 07:47:09來源:36kr

碳減排的重要抓手,CCUS助力“碳中和”目標(biāo)如期實(shí)現(xiàn)

CCUS是溫室氣體減排的關(guān)鍵技術(shù),其發(fā)展對(duì)于促進(jìn)化石能源的高效利用、如期實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)愿景具有重要意義。目前,我國CCUS仍處于發(fā)展早期,部分先進(jìn)技術(shù)尚處于研究階段。未來,隨著政策支持不斷、關(guān)鍵技術(shù)逐步成熟以及各行業(yè)巨大減排需求拉動(dòng),我國CCUS將向著低成本、商業(yè)化、集群化方向發(fā)展,產(chǎn)值規(guī)模有望在2050年突破3,000億元。


(相關(guān)資料圖)

1、發(fā)展概況

CCUS定義

碳捕集、利用與封存(Carbon Capture, Utilization and Storage,簡稱 CCUS)是指將CO2從工業(yè)過程、能源利用或大氣中分離出來,直接加以利用或注入地層以實(shí)現(xiàn)CO2永久減排的過程[1]。按照技術(shù)流程,CCUS主要分為碳捕集、碳運(yùn)輸、碳利用、碳封存等環(huán)節(jié)。其中,碳捕集主要方式包括燃燒前捕集、燃燒后捕集和富氧燃燒等;碳運(yùn)輸是將捕集的CO2通過管道、船舶等方式運(yùn)輸?shù)街付ǖ攸c(diǎn);碳利用是指通過工程技術(shù)手段將捕集的CO2實(shí)現(xiàn)資源化利用的過程,利用方式包括礦物碳化、物理利用、化學(xué)利用和生物利用等;碳封存是通過一定技術(shù)手段將捕集的CO2注入深部地質(zhì)儲(chǔ)層,使其與大氣長期隔絕,封存方式主要包括地質(zhì)封存和海洋封存。

政策環(huán)境:政策助力CCUS技術(shù)推廣和示范工程建設(shè)

CCUS是目前實(shí)現(xiàn)大規(guī)模溫室氣體減排的重要技術(shù)手段。短期內(nèi),我國以石油、煤炭等化石能源為主的能源結(jié)構(gòu)難以改變,發(fā)展CCUS可促進(jìn)化石能源的高效利用,加快傳統(tǒng)高排放行業(yè)的轉(zhuǎn)型發(fā)展,對(duì)我國實(shí)現(xiàn)“雙碳”戰(zhàn)略目標(biāo)具有重要意義。近年來,我國出臺(tái)了一系列政策促進(jìn)CCUS發(fā)展,具體內(nèi)容包括推動(dòng)CCUS示范工程建設(shè)、加強(qiáng)CCUS技術(shù)推廣示范、將CCUS納入綠色債券目錄等。

技術(shù)環(huán)境:我國CCUS研發(fā)能力不斷突破,但部分關(guān)鍵技術(shù)與國際先進(jìn)水平仍存在一定差距

隨著國家科技重大專項(xiàng)、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等支持不斷,我國在CCUS各環(huán)節(jié)的關(guān)鍵技術(shù)不斷突破,其中,碳捕集環(huán)節(jié)的燃燒前物理吸收法、碳利用環(huán)節(jié)的鈾礦地浸開采技術(shù)等已處于商業(yè)應(yīng)用階段。與此同時(shí),我國仍存在CCUS相關(guān)設(shè)施數(shù)量較少、項(xiàng)目規(guī)模較小等短板,部分關(guān)鍵技術(shù)落后于國際先進(jìn)水平。根據(jù)《二氧化碳捕集、封存與利用技術(shù)應(yīng)用狀況》數(shù)據(jù),中國已建成投產(chǎn)、在建及擬建的碳捕集與封存設(shè)施數(shù)量占全球總量的7.7%,占比遠(yuǎn)低于美國的50.8%。賽迪顧問數(shù)據(jù)顯示,2021年我國捕集規(guī)模在30萬噸/年以下的CCUS項(xiàng)目數(shù)量占比達(dá)88.9%,捕集規(guī)模超過60萬噸/年的項(xiàng)目僅占3.7%,而美國CCUS單項(xiàng)年均碳捕集規(guī)模約241.4萬噸/年。

2、發(fā)展現(xiàn)狀

生態(tài)結(jié)構(gòu):按照產(chǎn)業(yè)流程,CCUS主要由碳排放、碳捕集、碳運(yùn)輸、碳利用與封存等環(huán)節(jié)組成

碳排放主要分為煤化工、制氫等高濃度排放和石油化工、煉鋼、燃煤、燃?xì)獾戎械蜐舛扰欧拧L疾都?、碳利用與封存是CCUS三大重點(diǎn)環(huán)節(jié),下文將詳細(xì)闡述。碳運(yùn)輸主要分為罐車運(yùn)輸、船舶運(yùn)輸和管道運(yùn)輸?shù)?。其中,罐車運(yùn)輸和船舶運(yùn)輸已達(dá)到商業(yè)應(yīng)用階段,海底管道運(yùn)輸則仍處于研究階段。

(1)碳捕集:既是CCUS的首要環(huán)節(jié),也是CCUS流程中成本主要來源。碳捕集主要從工業(yè)廢氣和大氣中捕獲,CO2濃度越高,捕集成本越低。按碳捕集與燃燒的先后順序可將碳捕集技術(shù)分為燃燒前捕集、燃燒后捕集和富氧燃燒捕集。燃燒前捕集成本相對(duì)較低、效率較高,但適用性不高;燃燒后捕集雖應(yīng)用較廣,但相對(duì)能耗和成本更高;富氧燃燒對(duì)操作環(huán)境要求高,目前仍處于示范階段。根據(jù)分離過程,碳捕集技術(shù)主要分為物理吸收技術(shù)、化學(xué)吸收技術(shù)、膜分離技術(shù)、低溫分離技術(shù)等。

(2)碳利用:是降低CCUS實(shí)施成本的關(guān)鍵。目前我國以地質(zhì)利用為主要方式,化工利用和生物利用相對(duì)較少。具體來看,地質(zhì)利用中CO2-EOR技術(shù)既能封存大量的CO2,又能增產(chǎn)石油,兼顧經(jīng)濟(jì)與環(huán)境效益,短期內(nèi)具有較高的可行性;化工利用是以化學(xué)轉(zhuǎn)化為主要特征,將CO2和共反應(yīng)物轉(zhuǎn)化為目標(biāo)產(chǎn)物從而實(shí)現(xiàn)資源化利用,對(duì)CO2濃度要求低、實(shí)施成本低,具有開發(fā)價(jià)值;生物利用是以生物轉(zhuǎn)化為主要手段,將CO2用于生物質(zhì)合成,對(duì)CO2的濃度要求較高、實(shí)施成本較高,但單噸CO2產(chǎn)出效益也相對(duì)較高。

(3)碳封存:目前CO2的排放量遠(yuǎn)超其利用能力,無法被利用的CO2需要利用封存技術(shù)埋存。碳封存主要分為咸水層封存、枯竭油氣藏封存等技術(shù)。其中,咸水層分布較廣且封閉性較好,封存效果理想;枯竭油氣藏通常具有完整、封閉且穩(wěn)定的地質(zhì)環(huán)境,能保證封存的安全性,但存在一定的泄漏風(fēng)險(xiǎn),需要多方位監(jiān)測技術(shù)進(jìn)行保障。

示范項(xiàng)目情況:我國CCUS項(xiàng)目遍布19個(gè)省份,利用和封存方式呈多樣化

根據(jù)《中國二氧化碳捕集利用與封存(CCUS)年度報(bào)告(2021)》,目前我國已投運(yùn)和建設(shè)中的CCUS示范項(xiàng)目約40個(gè),分布于19個(gè)省份,涉及電廠和水泥廠等純捕集項(xiàng)目以及CO2-EOR、CO2-ECBM、地浸采鈾、重整制備合成氣、微藻固定和咸水層封存等多樣化封存及利用項(xiàng)目。其中,中石油吉林油田EOR項(xiàng)目是亞洲最大的EOR項(xiàng)目,已累計(jì)注入CO2超過200萬噸;國家能源集團(tuán)國華錦界電廠建設(shè)的15萬噸/年燃燒后CO2捕集與封存全流程項(xiàng)目,是目前國內(nèi)規(guī)模最大的燃煤電廠CCUS示范項(xiàng)目。

3、發(fā)展展望

技術(shù)創(chuàng)新推動(dòng)成本降低,助力CCUS規(guī)?;瘧?yīng)用

目前,我國CCUS仍處于發(fā)展早期,部分先進(jìn)技術(shù)尚處于研究階段。未來,隨著政策支持不斷增多以及示范工程建設(shè)加速推進(jìn),我國CCUS相關(guān)技術(shù)將逐步成熟,帶動(dòng)CCUS各環(huán)節(jié)成本下降,從而進(jìn)一步推動(dòng)CCUS規(guī)?;瘧?yīng)用。以碳捕集環(huán)節(jié)為例,新型膜分離、新型吸收、新型吸附等技術(shù)的成熟將推動(dòng)能耗和成本降低30%以上,有望在2035年前后實(shí)現(xiàn)大規(guī)模推廣應(yīng)用[2]。

各行業(yè)減排需求巨大,預(yù)計(jì)2050年中國CCUS產(chǎn)值規(guī)模將超3,000億元

在“碳中和”戰(zhàn)略目標(biāo)背景下,我國煤電、水泥、鋼鐵等行業(yè)減排需求巨大,帶動(dòng)CCUS進(jìn)入快速增長期。根據(jù)《中國二氧化碳捕集利用與封存(CCUS)年度報(bào)告(2021)》,預(yù)計(jì)2030年中國各行業(yè)CCUS減排需求達(dá)0.2-4.08億噸,2060年將達(dá)10-18.2億噸。此外,在一系列政策支持及技術(shù)進(jìn)步推動(dòng)下,我國CCUS市場規(guī)模逐步擴(kuò)張,預(yù)計(jì)到2050年產(chǎn)值規(guī)模將達(dá)3,300億元,2025-2050年GAGR約11.9%。


[1][2] 資料來源:《中國二氧化碳捕集利用與封存(CCUS)年度報(bào)告(2021)》。

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