?在全球追求減排與應對氣候變化的背景下，碳捕集、利用與儲存（CCUS）技術(shù)的重要性日益凸顯。國際能源署（IEA）發(fā)布的最新數(shù)據(jù)顯示，2023年全球碳捕集的能力主要集中在美國和中國這兩個國家。美國以絕對的碳捕集總量居全球首位，而中國則在增量方面表現(xiàn)突出，成為全球增速最快的碳捕集國。

　　?近年來，我國在碳捕集技術(shù)方面發(fā)展迅速，形成了碳捕集、利用與封存全流程技術(shù)體系，并開展了大量示范應用。在看到階段成果與機遇的同時，也應看到問題與挑戰(zhàn)。目前我國推動碳捕集技術(shù)深入發(fā)展面臨技術(shù)層面、經(jīng)濟層面、政策和法規(guī)層面、社會認知和人才層面4個層面的挑戰(zhàn)。

　　?在全球應對氣候變化的大背景下，碳捕集技術(shù)作為實現(xiàn)碳中和目標的重要手段之一，在中國正迎來前所未有的發(fā)展機遇。在技術(shù)創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)發(fā)展、政策支持和國際合作的共同推動下，碳捕集技術(shù)將為實現(xiàn)碳中和目標發(fā)揮重要作用，為構(gòu)建綠色低碳的美好未來奠定堅實基礎(chǔ)。

　　碳捕集技術(shù)是鋼鐵行業(yè)長期減排和深度降碳的關(guān)鍵技術(shù)之一，對人類應對氣候變化和實現(xiàn)碳中和目標具有重要意義。2024二氧化碳捕集、利用與封存（CCUS）國際會議近日在北京舉辦，二氧化碳捕集、利用、封存等方面的發(fā)展動態(tài)和技術(shù)難題再次成為關(guān)注的焦點。國際能源署預測，要實現(xiàn)2050年全球凈零排放，僅依靠減少化石燃料使用是不夠的。預計每年需要移除至少10億公噸的二氧化碳，CCUS技術(shù)被普遍認為是實現(xiàn)這一目標的必要措施。這一技術(shù)的核心在于通過一系列方法，將二氧化碳從工業(yè)排放源中捕獲，并進行安全儲存或再利用。隨著氣候變化加劇，全球?qū)μ疾都夹g(shù)的需求不斷攀升。

　　本文整理碳捕集技術(shù)主要海外應用案例、國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀及面臨的問題與挑戰(zhàn)，并對未來發(fā)展做出簡要展望。

　　在全球追求減排與應對氣候變化的背景下，碳捕集、利用與儲存技術(shù)的重要性日益凸顯。國際能源署發(fā)布的最新數(shù)據(jù)顯示，2023年，全球碳捕集的能力主要集中在美國和中國這兩個國家。美國以絕對的碳捕集總量居全球首位，而中國則在增量方面表現(xiàn)突出，成為全球增速最快的碳捕集國。

　　2023年，全球的碳捕集與存儲能力達到5500萬噸，其中美國和巴西占據(jù)了60%的市場份額。盡管巴西的碳捕集能力主要來源于1座工廠，但美國憑借其多樣化的獨立設(shè)施，展現(xiàn)出其在碳捕集技術(shù)方面的強大實力。具體而言，美國的多座發(fā)電廠運用燃燒后捕集技術(shù)，極大地提高了其碳捕集能力。美國在碳捕集與封存領(lǐng)域投入較大，或?qū)⒊蔀樘疾都c儲存這項新生技術(shù)的重要試驗場。相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，2020年，全球CCUS產(chǎn)能規(guī)模因加拿大某二氧化碳項目投運明顯擴大，而美國已運行和規(guī)劃中的碳捕集項目數(shù)量也較多，目前已有24個，其和加拿大正在發(fā)展的項目主要都是利用所捕集的碳恢復石油開采活動。于2017年啟動、2020年關(guān)停的佩特拉諾瓦（Petranova）項目曾是美國唯一的煤電廠碳捕集項目，每年可以捕集140萬噸二氧化碳并運輸?shù)接吞锛右岳谩?023年，美國西北大學研究的“濕度擺動”技術(shù)，利用一系列離子在低濕度時捕集二氧化碳、在高濕度時釋放二氧化碳，為直接空氣捕集提供了一種比傳統(tǒng)技術(shù)更節(jié)能的碳捕集方法。這種方法結(jié)合了創(chuàng)新的動力學方法和多種離子，幾乎可以從任何地方去除碳。同年，美國西北大學的科研人員在濕法再生碳捕集的基礎(chǔ)上，還提出了5種新型陰離子（正硅酸鹽、硼酸鹽、焦磷酸鹽、三聚磷酸鹽和二堿性磷酸鹽），將這些陰離子引入離子交換膜時，可實現(xiàn)在干燥條件下捕集二氧化碳，在潮濕條件下也可以釋放二氧化碳。

　　加拿大政府計劃為CCUS項目及用于生產(chǎn)低碳能源的設(shè)備支付補貼，以推動相關(guān)技術(shù)的發(fā)展。其中，2014年運行至今的邊界大壩能源（Boundary Dam Power）項目每年能夠捕集約100萬噸二氧化碳，捕集率較高，對減少發(fā)電廠的碳排放具有重要意義；2015年運行的Quest項目將原油制氫過程產(chǎn)生的二氧化碳注入咸水層封存，是加拿大在碳封存領(lǐng)域的重要實踐，為減少工業(yè)碳排放提供了可行的解決方案。

　　英國制定了相關(guān)政策推動碳捕集技術(shù)發(fā)展，比如設(shè)立了碳捕集與封存技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施基金。英國國家CCUS研究中心致力于提高工業(yè)生產(chǎn)中二氧化碳的捕集率，正尋求從工業(yè)生產(chǎn)中捕集大量的二氧化碳，并努力將工業(yè)生產(chǎn)中二氧化碳的捕集率提高至95%或更高。2021年，英國境內(nèi)運行的塔塔鋼鐵碳捕集示范項目每年可以捕集4萬噸二氧化碳，約占當?shù)厝細怆娬究偱欧帕康?1%。

　　澳大利亞擁有多個碳捕集與封存項目，比如“碳網(wǎng)”計劃，計劃每年在澳大利亞東南沿海的巴斯海峽封存500萬噸二氧化碳，預計到2030年投入使用。皇家墨爾本理工大學2019年公布的室溫轉(zhuǎn)化固態(tài)碳技術(shù)利用液態(tài)金屬做催化劑，首次實現(xiàn)在室溫下將空氣中的二氧化碳持續(xù)有效轉(zhuǎn)變成固體碳。預計到2030年投入使用（目前處于規(guī)劃和推進階段）的“碳網(wǎng)”計劃（CarbonNet）將在澳大利亞東南沿海的巴斯海峽進行，每年預計封存500萬噸二氧化碳。

　　日本基于異佛爾酮二胺（IPDA）的碳捕集技術(shù)由日本東京都立大學科研團隊發(fā)現(xiàn)，相關(guān)論文于2022年發(fā)表在《環(huán)境》（《ACS Environmental Au》）期刊，其可直接從環(huán)境中捕集二氧化碳，能夠去除超過99%濃度為400ppm（約為大氣中的濃度水平）的二氧化碳，效率至少是現(xiàn)階段其他直接空氣捕集（DAC）系統(tǒng)的兩倍。其反應產(chǎn)物以固體形式從溶液中轉(zhuǎn)化出來，避免了產(chǎn)物在液相中積累導致反應速度降低的問題。2023年4月份，巴斯夫及其工程伙伴日揮株式會社共同開發(fā)的高壓再生二氧化碳捕集技術(shù)——HiPACT?技術(shù)，是日本首個以當?shù)靥烊粴馍a(chǎn)藍氫和藍氨的示范項目，氫氣生產(chǎn)設(shè)施預計于2025年投產(chǎn)。2019年，日本CCUS調(diào)查公司在北海道苫小牧市附近海底進行了二氧化碳海底封存試驗，將北海道一處煉油廠排放的二氧化碳壓縮后封存到海底，目前已封存了30萬噸二氧化碳。

　　挪威2021年發(fā)布的由挪威工業(yè)技術(shù)研究院（SINTEF）主持研發(fā)的SARC CO2捕集技術(shù)采用真空熱泵技術(shù)，僅需電力無需燃燒，相比目前最經(jīng)濟的碳捕集方法成本降低約12.5％，并且使水泥、化肥等工廠的碳捕集技術(shù)改造更加容易。

　　近年來，我國在碳捕集技術(shù)方面發(fā)展迅速，形成了碳捕集、利用與封存全流程技術(shù)體系，并開展了大量示范應用。截至2024年8月底，中國已投運CCUS項目67個，統(tǒng)計到的碳捕集產(chǎn)能約700萬噸二氧化碳/年。2021年，CCUS技術(shù)首次被寫入中國經(jīng)濟社會發(fā)展綱領(lǐng)性文件，且政策重點支持CCUS技術(shù)研發(fā)與示范，涉及技術(shù)標準、投融資方面的政策條款逐漸增多。其中，2024年投產(chǎn)的全國首套萬噸級燃煤電廠二氧化碳捕集與炭化利用全流程耦合示范項目（浙江蘭溪）每年捕集利用的二氧化碳量相當于1.5萬畝森林每年的固碳量。該項目研發(fā)出了高效率、低能耗的碳捕集材料，平均碳捕集率高于90%，二氧化碳純度高達99%。

　　從技術(shù)發(fā)展角度來看，一方面，我國擁有多種技術(shù)研發(fā)和試點項目，如化學吸收法、物理吸附法、膜分離法等技術(shù)均有一定的研究和試點項目，一些技術(shù)已經(jīng)進入到工業(yè)示范階段（如固體吸附），部分技術(shù)（膜分離、化學鏈燃燒和直接空氣捕集技術(shù)）處于中試階段；另一方面，在一些大型能源企業(yè)和工業(yè)領(lǐng)域，我國已經(jīng)實施了碳捕集工程，例如在石油領(lǐng)域就有利用二氧化碳驅(qū)油提高采收率同時實現(xiàn)封存的項目。同時，高校、科研機構(gòu)和企業(yè)對碳捕集技術(shù)的研發(fā)投入在加大，并開展了一些國際間合作和交流。從政策支持角度來看，國家采取了一系列政策，鼓勵發(fā)展碳捕集等技術(shù)。一些地區(qū)和行業(yè)的規(guī)劃中，對CCUS項目的布局和發(fā)展有所提及。圍繞碳捕集，我國開始形成包括技術(shù)研發(fā)、裝備制造、工程設(shè)計、項目運營等環(huán)節(jié)的產(chǎn)業(yè)鏈。

　　事物發(fā)展如硬幣兩面，在帶來機遇的同時，也伴隨著問題與挑戰(zhàn)。具體來看，目前我國推動碳捕集技術(shù)深入發(fā)展面臨4個層面的挑戰(zhàn)。

　　一是技術(shù)層面。首先，能耗和成本較高，捕集過程需要消耗大量能源，導致整體成本較高，目前僅在少量場景下具備經(jīng)濟可行性。其次，技術(shù)成熟度有待提升，多數(shù)捕集技術(shù)處于中試或工業(yè)示范階段，還不能完全滿足大規(guī)模、長期穩(wěn)定運行要求，比如膜分離等技術(shù)還需要進一步改進以提升性能。再次，缺乏多污染物協(xié)同控制技術(shù)，在捕集過程中，對伴生的其他污染物如氮氧化物、硫氧化物等協(xié)同處理技術(shù)不成熟。最后，長期安全性和可靠性數(shù)據(jù)缺乏，對于碳捕集系統(tǒng)長期運行下的設(shè)備穩(wěn)定性、材料耐久性等方面缺乏足夠長時間驗證的數(shù)據(jù)。

　　二是經(jīng)濟層面。一方面，投資回報周期長導致社會資本參與積極性不高，僅靠大型國有企業(yè)和政府推動難以快速發(fā)展；另一方面，成本分擔機制不完善，產(chǎn)業(yè)鏈上各環(huán)節(jié)成本分擔不明確，難以形成合理的價格體系。同時，市場機制不健全，碳交易市場尚不完善，碳捕集項目難以從碳交易中獲得足夠的激勵和收益。

　　三是政策和法規(guī)層面。盡管有政策引導，但是對于碳捕集實質(zhì)性的補貼、稅收優(yōu)惠等激勵政策力度和覆蓋范圍有限。同時，在項目布局、技術(shù)規(guī)范、安全環(huán)保等方面缺乏全國統(tǒng)一的規(guī)劃和標準體系。對二氧化碳運輸、封存等環(huán)節(jié)的監(jiān)管法規(guī)不健全，存在一定環(huán)境風險和安全隱患。

　　四是社會認知和人才層面。一方面，社會大眾對碳捕集的意義、安全性等理解不夠，容易導致項目落地時面臨社會阻力；另一方面，從研發(fā)到工程應用等環(huán)節(jié)的專業(yè)人才儲備不足，制約行業(yè)快速發(fā)展。

　　在全球應對氣候變化的大背景下，碳捕集技術(shù)作為實現(xiàn)碳中和目標的重要手段之一，在中國正迎來前所未有的發(fā)展機遇。未來，中國的碳捕集領(lǐng)域有望在以下幾個方面取得顯著進展：

　　一是技術(shù)創(chuàng)新與突破。隨著科研投入的不斷加大，我國預計在碳捕集材料和工藝方面取得創(chuàng)新性成果。其中，新型吸附劑、膜材料和化學溶劑的研發(fā)將進一步提高碳捕集的效率和選擇性，降低成本；先進的捕集技術(shù)，如生物捕集、電化學捕集等有望從實驗室走向工業(yè)應用，為碳捕集提供更多元化的選擇；智能化技術(shù)將在碳捕集過程中得到廣泛應用，通過大數(shù)據(jù)分析、人工智能優(yōu)化等手段，實現(xiàn)捕集過程的精準控制和高效運行。

　　二是產(chǎn)業(yè)規(guī)模與協(xié)同發(fā)展。碳捕集產(chǎn)業(yè)鏈將逐漸完善，形成從材料研發(fā)、設(shè)備制造到工程設(shè)計、運營維護的完整產(chǎn)業(yè)體系。同時，大規(guī)模的碳捕集項目將不斷涌現(xiàn)，推動產(chǎn)業(yè)規(guī)模迅速擴大。碳捕集將與其他減排技術(shù)，如可再生能源、能源存儲等深度融合，形成協(xié)同減排的綜合解決方案。例如，將捕集的二氧化碳用于可再生能源的儲存和轉(zhuǎn)化，提高能源利用效率。此外，預計跨行業(yè)合作將日益頻繁，能源、化工、鋼鐵等碳排放重點行業(yè)將與環(huán)保企業(yè)、科研機構(gòu)緊密合作，共同推動碳捕集技術(shù)應用和推廣。

　　三是政策支持與市場機制。預計政府繼續(xù)出臺更加完善的政策法規(guī)，為碳捕集產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供有力的政策支持和引導，包括財政補貼、稅收優(yōu)惠、碳排放權(quán)交易制度的優(yōu)化等，激勵企業(yè)積極開展碳捕集項目。同時，隨著全國碳排放權(quán)交易市場不斷成熟，碳捕集所產(chǎn)生的減排量有望在市場上獲得更高的價值認可，為企業(yè)帶來經(jīng)濟效益，進一步促進碳捕集技術(shù)的推廣應用。

　　四是國際合作與交流。中國將在碳捕集領(lǐng)域加強國際合作，積極參與國際科研項目和技術(shù)交流活動，通過“一帶一路”倡議等平臺，推動碳捕集技術(shù)在沿線國家的應用和推廣，共同應對全球氣候變化挑戰(zhàn)，提升中國在全球氣候治理中的影響力。

　　《中國冶金報》（2024年11月01日 02版二版）