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CCUS是最现实可行的化石能源低碳发展技术 ——写在《中国碳捕集利用与封存技术评估报告》发布之际

发布时间:2022-06-23来源:作者:
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文|袁士义 中国工程院院士


近年来,国内外应对气候变化的形势和政策较之前都发生了较大改变,二氧化碳捕集利用与封存(CCUS)技术呈现出新技术不断涌现、种类持续增多、能耗成本逐步降低、技术含量更高、应用更为广泛的发展趋势和特点,CCUS技术内涵和外延得到进一步丰富和拓展。随着我们对CCUS认识的不断深入,CCUS技术已经纳入到我国多项国家政策规划,成为我国促进可持续发展的重要技术选择。基于上述考虑,有必要针对这些新情况、新进展对CCUS技术进行全方位、多角度的考察与分析,为CCUS技术大规模工业化应用提供理论指导和方案支持。

在新形势下,《第四次气候变化国家评估报告》特别报告《中国碳捕集利用及封存技术评估报告》 ( 以下简称《报告》) ,于2022年4月15日在第六届碳捕集利用与封存(CCUS)联盟常务理事会议上正式发布。《报告》从内涵与分类、碳捕集技术、压缩运输与注入技术、碳化学和生物利用技术、地质利用与封存技术、全产业链系统集成、成本效益评估等方面对CCUS技术的进展进行了全方位的分析评估与定位,提供了CCUS产业相关的基础数据、典型CCUS项目实施情况等资料,并对CCUS技术的发展趋势、产业化前景和减排潜力进行了预测,在此基础上,从国家层面提出了技术发展和科技政策建议,为国家、地方和行业相关科技和产业发展与政策制定提供了科学依据,对于从事CCUS技术研究与应用人员具有重要参考价值。《报告》展现出四大特色。

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一、瞄准国际应对气候变化需求和我国实现碳中和目标的需要,对CCUS技术进行了再定位

近年来,二氧化碳捕集利用与封存(CCUS)技术的定位,已经由单纯的减排技术转变为一种能够支撑能源安全和实现经济社会低碳可持续发展的战略技术,受到了广泛关注。通过发展、推广和使用CCUS技术,支撑实现化石能源低碳发展,为我国在碳约束条件下实现能源结构转变的平稳过渡提供坚实保障,避免过快转变能源结构带来的冲击;同时实现CO2减排及资源化利用,助力我国实现资源可持续化、环境协调化发展,对我国实现“双碳”目标、保障能源安全具有重要现实意义。

值得注意的是,碳中和不等于零碳排放,而是指各种活动产生的二氧化碳排放与各种碳汇措施吸收的量相等,达到相对零排放。为了实现国家能源安全和绿色低碳发展,实现碳中和就需要以林业碳汇、CCUS技术为代表的负碳技术提供保障。国际能源组织(IEA)预测,实现全球2070年净零排放,其中CCUS技术封存CO2占累积减排量的15%,对碳中和起托底作用。因此,CCUS是我国实现“双碳”目标必不可少的技术路线。

《报告》中明确了二氧化碳捕集利用与封存 ( CCUS) 技术作为我国实现碳中和目标技术组合不可或缺的重要构成部分,是现阶段实现化石能源大规模低碳利用的主要技术手段,可在满足社会发展所必需的能源需求基础上实现二氧化碳以及其他污染物的大规模减排,在碳约束条件下增强电力系统灵活性,保障电力持续稳定供应,为我国能源结构向绿色低碳平稳过渡提供技术保障,有力支撑清洁、低碳、安全、高效的能源体系建设。此外,CCUS 也是水泥、钢铁等难减排领域深度脱碳的可行技术方案,能够有效促进重点排放行业绿色转型。CCUS 中二氧化碳资源化利用技术不仅可实现大规模固碳,还能全面提高资源利用效率, 助力多层次资源循环利用体系构建。《报告》对CCUS的明确定位,具有较强的舆论导向,将大大促进中国CCUS技术产业化进程,为我国实现碳中和目标作出重要贡献。

二、重视CO2利用技术发展,明确了CO2资源化利用的综合效益

2006年,中国石油天然气集团公司与中国科学院、教育部专家一道,发起研讨CCUS产业技术的香山科学会议。沈平平教授在会议上做了关于《温室气体地下封存及其在提高石油采收率中的资源化利用》报告,结合我国国情,提出了发展CCUS产业技术的建议。2009年,时任科技部部长万钢在第三届碳收集领导人论坛部长级会议上首次在国际场合正式提出CO2资源化利用理念,CCUS得到了国际社会的广泛重视和响应。一些国际组织与机构陆续发布与二氧化碳利用技术相关的报告,组织制定行动计划,建立专门工作组来推进其发展应用。2011年,碳收集领导人论坛修订其宪章,将CO2资源化利用的内容纳入其中,提出要加快CO2利用技术的研发、示范与商业部署,推动在国际上的广泛利用。

根据利用方式的不同,CCUS中的利用可以分为油气藏利用(CCUS-EOR/ EGR)、化工利用、生物利用等方式。二氧化碳捕集、驱油与埋存(CCUS-EOR)具有大幅度提高石油采收率和埋碳减排双重效益,是目前最为现实可行、应用规模最大的CCUS技术,应用前景广阔。2006年以来,国家在CCUS-EOR领域先后部署973基础研究项目(两期)、863项目和国家油气科技重大专项项目(三期),由中国石油天然气集团公司牵头组织多家优势单位共同承担,在基础理论研究、关键技术攻关、全国主要油气盆地的驱油与碳埋存潜力评价等方面取得了系统的研究成果,发展形成了适合中国地质特点的CO2捕集、埋存及高效利用技术体系,研究给出了驱油与碳埋存的巨大潜力,同时在吉林和长庆油田建成了两个国家级示范工程,大大推动了我国CO2捕集、埋存和资源化利用的步伐。根据吉林、大庆等油田示范工程结果,CCUS-EOR技术可提高油田采收率10-25个百分点,每注入2-3吨CO2可增产1吨原油,增油与埋存优势显著。油气田驱油与埋存潜力巨大,同时具有地面基础设施和井筒注入通道优势,与碳排放企业结合,将成为现阶段CCUS技术应用的主战场。

《报告》充分考虑我国的基本国情,基于CO2资源化利用,从资源可持续化、环境协调化和绿色、循环发展的角度,探究了CCUS技术对能源安全、经济社会可持续发展及生态文明建设等目标服务的潜力,为中国能源结构转变的平稳过渡提供了理论支持。

三、兼顾清洁高效能源系统转型和绿色低碳产业结构调整,对未来CCUS技术发展需求和潜力进行了综合预测

我国未来的能源技术体系需要立足国内优势资源,促进传统化石能源与可再生能源的协同发展,通过CCUS技术与可再生能源技术的集成发展与应用,共同构成我国具有国际竞争力的低碳减排、能源安全技术体系。通过系统集成,CCUS既可以解决高碳化石能源系统的碳排放问题,也可以与可再生能源技术、新能源技术相结合,实现能源系统低碳排放甚至负碳排放的效果。更为重要的是,CCUS技术可以与氢能技术等相结合,有效应对未来多元能源体系面临的安全稳定运行的严峻挑战。

《报告》从整个能源大系统的角度出发,把对 CCUS的认识和需求从技术层面上升到复杂的产业集群系统层面。《报告》将CCUS技术与其他能源的输运和利用过程相结合,针对捕集、压缩、运输、利用全链条技术单元之间的兼容性和集成优化两个关键问题,从 CCUS 各环节间全链条集成、CCUS与工业过程的集成和CCUS与未来多元能源系统的集成三个维度,详细评估了CCUS技术体系面临的问题、机遇和挑战,在此基础上对CCUS技术的发展需求、潜力及其带来的效益进行了综合预测,对于CCUS技术发展和产业化具有重要指导意义。

四、从近中长期不同角度出发,提出CCUS技术发展科技政策建议

中国政府高度重视应对气候变化工作,“十三五”以来,先后制定并发布了10余项国家政策和发展规划,如《国家应对气候变化规划(2014~2020)》《“十三五”国家科技创新规划》《“十三五”控制温室气体排放工作方案》《中国碳捕集利用与封存技术发展路线图(2019 版)》等。这些发展规划不仅涉及国家战略层面,还进一步向具体化、可操作、可执行、可示范、可推广的趋势深度发展,为CCUS技术的研发、示范、应用和推广指明了方向。在国家的主导下,各省市也根据各自能源、经济发展情况,纷纷出台了CCUS政策和发展规划,涉及采矿、火电、煤化工、水泥、石油、食品、钢铁、化工等多个行业,有力推进了低碳技术的研究和示范应用。

在科技部的倡导下,二氧化碳捕集利用与封存产业技术创新战略联盟(CCUS联盟)于2013年11月6日在北京成立,目标是共同推进CCUS产业技术的发展,提升产业核心竞争力和自主创新能力。“双碳”目标提出以来,相关单位纷纷制定了中长期CCUS发展规划。根据中国石油天然气集团有限公司CCUS发展战略规划,2025-2030年实现年注入CO2规模500万-2000万吨、年产油150万-600万吨;预期2050-2060年实现年埋存CO2达到亿吨至十亿吨级规模,将为我国“双碳”目标的实现作出重要贡献。

《报告》在《中国碳捕集利用与封存技术发展路线图(2019版)》基础上,提出了分阶段推进低成本、低能耗、安全可靠的CCUS技术研发示范和产业集群近中远期发展目标和优先方向,明确了我国CCUS技术阶段性目标和总体发展愿景,提出了促进CCUS技术发展的相关科技政策建议,为政府、研究机构和企业提供了重要的参考和借鉴,有利于推动CCUS技术向更高层次和水平发展。


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