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2022年中国碳捕集、利用与封存(CCUS)洞察报告|36氪研究院
0人浏览 2022-07-12 17:08

 

  CCUS是温室气体减排的关键技术,其发展对于促进化石能源的高效利用、如期实现“双碳”目标愿景具有重要意义。目前,我国CCUS仍处于发展早期,部分先进技术尚处于研究阶段。未来,随着政策支持不断、关键技术逐步成熟以及各行业巨大减排需求拉动,我国CCUS将向着低成本、商业化、集群化方向发展,产值规模有望在2050年突破3,000亿元。

  发展概况

  CCUS定义

  碳捕集、利用与封存(Carbon Capture, Utilization and Storage,简称 CCUS)是指将CO2从工业过程、能源利用或大气中分离出来,直接加以利用或注入地层以实现CO2永久减排的过程[1]。按照技术流程,CCUS主要分为碳捕集、碳运输、碳利用、碳封存等环节。其中,碳捕集主要方式包括燃烧前捕集、燃烧后捕集和富氧燃烧等;碳运输是将捕集的CO2通过管道、船舶等方式运输到指定地点;碳利用是指通过工程技术手段将捕集的CO2实现资源化利用的过程,利用方式包括矿物碳化、物理利用、化学利用和生物利用等;碳封存是通过一定技术手段将捕集的CO2注入深部地质储层,使其与大气长期隔绝,封存方式主要包括地质封存和海洋封存。

  政策环境:政策助力CCUS技术推广和示范工程建设

  CCUS是目前实现大规模温室气体减排的重要技术手段。短期内,我国以石油、煤炭等化石能源为主的能源结构难以改变,发展CCUS可促进化石能源的高效利用,加快传统高排放行业的转型发展,对我国实现“双碳”战略目标具有重要意义。近年来,我国出台了一系列政策促进CCUS发展,具体内容包括推动CCUS示范工程建设、加强CCUS技术推广示范、将CCUS纳入绿色债券目录等。

  技术环境:我国CCUS研发能力不断突破,但部分关键技术与国际先进水平仍存在一定差距

  随着国家科技重大专项、国家重点研发计划等支持不断,我国在CCUS各环节的关键技术不断突破,其中,碳捕集环节的燃烧前物理吸收法、碳利用环节的铀矿地浸开采技术等已处于商业应用阶段。与此同时,我国仍存在CCUS相关设施数量较少、项目规模较小等短板,部分关键技术落后于国际先进水平。根据《二氧化碳捕集、封存与利用技术应用状况》数据,中国已建成投产、在建及拟建的碳捕集与封存设施数量占全球总量的7.7%,占比远低于美国的50.8%。赛迪顾问数据显示,2021年我国捕集规模在30万吨/年以下的CCUS项目数量占比达88.9%,捕集规模超过60万吨/年的项目仅占3.7%,而美国CCUS单项年均碳捕集规模约241.4万吨/年。

  发展现状

  生态结构:按照产业流程,CCUS主要由碳排放、碳捕集、碳运输、碳利用与封存等环节组成

  碳排放主要分为煤化工、制氢等高浓度排放和石油化工、炼钢、燃煤、燃气等中低浓度排放。碳捕集、碳利用与封存是CCUS三大重点环节,下文将详细阐述。碳运输主要分为罐车运输、船舶运输和管道运输等。其中,罐车运输和船舶运输已达到商业应用阶段,海底管道运输则仍处于研究阶段。

  (1)碳捕集:既是CCUS的首要环节,也是CCUS流程中成本主要来源。碳捕集主要从工业废气和大气中捕获,CO2浓度越高,捕集成本越低。按碳捕集与燃烧的先后顺序可将碳捕集技术分为燃烧前捕集、燃烧后捕集和富氧燃烧捕集。燃烧前捕集成本相对较低、效率较高,但适用性不高;燃烧后捕集虽应用较广,但相对能耗和成本更高;富氧燃烧对操作环境要求高,目前仍处于示范阶段。根据分离过程,碳捕集技术主要分为物理吸收技术、化学吸收技术、膜分离技术、低温分离技术等。

  (2)碳利用:是降低CCUS实施成本的关键。目前我国以地质利用为主要方式,化工利用和生物利用相对较少。具体来看,地质利用中CO2-EOR技术既能封存大量的CO2,又能增产石油,兼顾经济与环境效益,短期内具有较高的可行性;化工利用是以化学转化为主要特征,将CO2和共反应物转化为目标产物从而实现资源化利用,对CO2浓度要求低、实施成本低,具有开发价值;生物利用是以生物转化为主要手段,将CO2用于生物质合成,对CO2的浓度要求较高、实施成本较高,但单吨CO2产出效益也相对较高。

  (3)碳封存:目前CO2的排放量远超其利用能力,无法被利用的CO2需要利用封存技术埋存。碳封存主要分为咸水层封存、枯竭油气藏封存等技术。其中,咸水层分布较广且封闭性较好,封存效果理想;枯竭油气藏通常具有完整、封闭且稳定的地质环境,能保证封存的安全性,但存在一定的泄漏风险,需要多方位监测技术进行保障。

  示范项目情况:我国CCUS项目遍布19个省份,利用和封存方式呈多样化

  根据《中国二氧化碳捕集利用与封存(CCUS)年度报告(2021)》,目前我国已投运和建设中的CCUS示范项目约40个,分布于19个省份,涉及电厂和水泥厂等纯捕集项目以及CO2-EOR、CO2-ECBM、地浸采铀、重整制备合成气、微藻固定和咸水层封存等多样化封存及利用项目。其中,中石油吉林油田EOR项目是亚洲最大的EOR项目,已累计注入CO2超过200万吨;国家能源集团国华锦界电厂建设的15万吨/年燃烧后CO2捕集与封存全流程项目,是目前国内规模最大的燃煤电厂CCUS示范项目。

  发展展望

  技术创新推动成本降低,助力CCUS规模化应用

  目前,我国CCUS仍处于发展早期,部分先进技术尚处于研究阶段。未来,随着政策支持不断增多以及示范工程建设加速推进,我国CCUS相关技术将逐步成熟,带动CCUS各环节成本下降,从而进一步推动CCUS规模化应用。以碳捕集环节为例,新型膜分离、新型吸收、新型吸附等技术的成熟将推动能耗和成本降低30%以上,有望在2035年前后实现大规模推广应用[2]。

  各行业减排需求巨大,预计2050年中国CCUS产值规模将超3,000亿元

  在“碳中和”战略目标背景下,我国煤电、水泥、钢铁等行业减排需求巨大,带动CCUS进入快速增长期。根据《中国二氧化碳捕集利用与封存(CCUS)年度报告(2021)》,预计2030年中国各行业CCUS减排需求达0.2-4.08亿吨,2060年将达10-18.2亿吨。此外,在一系列政策支持及技术进步推动下,我国CCUS市场规模逐步扩张,预计到2050年产值规模将达3,300亿元,2025-2050年GAGR约11.9%。

 

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