对我国推动碳捕集、利用和封存的对策建议



对我国推动碳捕集、利用和封存的对策建议

王 浩

（山西省生态环境研究中心，太原 030009）

摘 要:气候变化是当今国际社会普遍关注的全球性问题，低碳、绿色发展已成为世界的主流。碳捕集、利用和封存（CCUS）是一项具有战略意义、可实现大规模温室气体减排的低碳技术，也是我国积极应对气候变化的必然选择。针对当前制约CCUS发展的主要问题，提出了重新梳理我国CCUS的战略定位，加强对CCUS的政策倾斜支持，系统部署CCUS工程示范项目，建立产学研相结合的CCUS技术合作研发平台，加强宣传教育提高公众认知度和接受度，强化国际技术合作等对策建议。

关键词:温室气体；CCUS；必要性；经济性；安全性；对策建议

1　国内外CCUS发展现状概述

在全球共同应对气候变化的背景下，碳捕集、利用与封存（CCUS）被作为是一项具备大规模温室气体减排潜力的技术而受到广泛关注。目前，以煤为主的能源消费结构使得我国面临越来越大的国际减排压力，而CCUS作为CO2减排和应对气候变化的重要技术选择，其在中国的应用前景十分广泛。从定义来看，CCUS是指将二氧化碳从工业或其他排放源中分离出来，并运输到特定地点加以利用或封存，以实现被捕集的CO2与大气的长期隔绝[1]。CCUS技术可分为捕集、运输、封存（利用）等环节[2]。围绕CCUS的不同环节，国内外专家、学者进行了大量研究，相关国家也实施了一批CCUS技术示范项目，为推动CCUS技术的商业化应用、实现温室气体减排奠定了基础。

1.1 技术研发层面

针对CCUS的技术研发，国外开展得较早，国内目前还处于起步阶段，研究的关键点是通过技术创新实现CCUS技术成本降低和确保长期运行的安全性，从而解决其大规模实施的障碍。田牧和安恩科[3]以我国燃煤电站为排放源，通过分析计算出各种实施方案的盈亏平衡点，指出强化采油（EOR）是目前降低CCUS实施成本的首选。张建府[4]以从IGCC电站捕集CO2，并通过管道运输至油田用于强化采油为例，分析得出，在IGCC电站进行碳捕集结合强化采油的情形下，捕集CO2的IGCC系统的发电成本低于不捕集CO2的IGCC电站的发电成本。张鸿翔等[5]对二氧化碳捕获与封存的主要技术环节与问题进行分析研究，指出二氧化碳运输与封存过程存在突然渗滤和缓慢渗滤的风险，提出需要在管道运输路线上注意路线选择、过压保护、抗腐蚀性保护和泄露检测，在地址封存上充分考虑地下岩层储体的地质岩性条件、监测手段和应急方案保障。

1.2 工程示范层面

近年来，全球CCUS示范项目稳步发展。根据《全球碳捕集与封存现状：2014.02》统计，目前，全球共有21个处于运行和建设阶段的大型一体化碳捕集封存项目，每年捕集的CO2总量约4000万吨[6]。从图1可以看出，目前的大型一体化CCUS示范项目存在明显的地域差异，大多数分布在北美。从减排量上看，示范项目所能实现的CO2减排量要远远小于CO2实际排放量。全球碳捕集与封存研究院预测，在未来国际温室气体减排的压力下，全球大型CCUS项目的建设将持续增加，其中，我国的延长集团集成碳捕集与封存示范项目和中国石化齐鲁石化CCUS项目最有可能成为国内首先启动的大型CCUS示范项目。与国际相比，我国目前虽然尚无正在建设或运行的大型CCUS示范项目，但在CCUS工程示范上的投入在逐年加大，已经启动实施了一批捕集规模相对较小或针对单个环节的示范工程，如我国已建成数个超过万吨级的二氧化碳捕集示范装置，最大的捕集能力约为12万吨/年；启动了10万吨/年陆上咸水层二氧化碳封存示范；建成了4万吨规模的全流程燃煤电厂二氧化碳捕集和驱油示范项目[1]。

图1　全球大型一体化CCUS项目情况（截至2014年2月）

2　发展CCUS的必要性与现实意义

2.1 国际国内温室气体减排形势

气候变化是当今世界最为关注的全球环境问题之一，事关人类的生存和发展。根据政府间气候变化专门委员会（IPCC）组织认定，到本世纪末，全球大气中的二氧化碳浓度不能超过450ppm，全球气温上升的极限目标是2℃。如果超过了2℃和450ppm，地球将会发生不可逆转的变化。在这种情况下，全球各国积极携手应对气候变化，控制温室气体排放日益成为广泛共识，深入人心。

从1990年开始，国际气候谈判拉开了序幕，几乎每年都要召开世界气候大会，商讨全球温室气体减排目标及各国承担的减排义务。目前，我国是全球最大的温室气体排放国，根据BP能源统计年鉴，2013年中国的二氧化碳排放量为95亿吨，位居全球第一，占全世界二氧化碳排放量的27.1%，人均排放量超过世界平均水平，因而我国受到了前所未有的温室气体减排压力。

2.2 多种温室气体减排技术比较

目前全球温室气体的减排技术主要有绿色能源技术、化石能源节能减排技术和末端“去碳技术”。据国际能源署（IEA）预测，2030年前，煤、石油、天然气等化石燃料仍将是一次能源的主要来源，并在能源需求增长总量中占80%左右。因此，末端“去碳技术”已成为全球碳减排的主要途径。目前，国际上提倡的末端“去碳技术”是对二氧化碳进行捕集与地质封存。

国际能源署（IEA）2012年发布了《能源技术展望：走向清洁能源系统》报告，对到2050年全球气温上升控制在2℃以内为减排目标进行了预测，其中CCUS、可再生能源、核能、发电效率和燃料转化、终端使用的燃料转化、终端使用的能源效率等减排技术需要实现的累积贡献百分比分布如图2。其中，CCUS技术的累计贡献为14%。

图2　CCUS及其他减排技术需实现的累计贡献百分比分布

我国是煤炭消费大国，煤炭占能源消费总量的比重远高于全球平均水平，由此推断，CCUS技术在我国的累积贡献率肯定大于14%，可见，CCUS是我国推动二氧化碳减排必须选择的技术。同时，CCUS技术的发展和应用不仅取决于技术本身的进步，还与未来全球共同应对气候变化的谈判与合作进程，节能和提高能效、新能源、可再生能源等技术的发展密切相关。

2.3 国外发展CCUS的情况

受能源结构、发展战略和技术条件影响，各国发展CCUS的目的不同，相应对于CCUS的态度和发展侧重点也有所不同，但已有一些国家和地区主动部署CCUS发展战略，抢占以CCUS为代表的低碳技术制高点，维护本国能源安全[7]。比如，美国非常重视CCUS技术发展，在捕集、运输、封存和利用等许多环节都处于全球领先地位；英国发展CCUS一方面为促进能源结构多元化，另一方面为向全球输出低碳技术；欧盟强调依靠市场力量发展CCUS，注重政策和法规建设；澳大利亚和印度的煤炭储量丰富，能源消费中煤炭占比较高，发展CCUS是为了在继续利用国内煤炭资源的同时减少温室气体排放，保障能源安全和可持续发展。

2.4 全球范围内的 CCUS示范项目

开展CCUS试验示范既有助于通过实践解决CCUS技术发展中存在的各种问题，也是走向规模化和商业化应用、发挥其最大规模温室气体减排潜力的必经环节。从图1可知，目前世界上至少有60个大型规模的项目正处于立项到运营的不同阶段，其中包含12个正在运行的项目，9个正在建设中的项目，以及处于其他阶段的39个项目。

近年来，我国也建成了多个CCUS示范工程，包括捕集、封存、利用等单个环节的示范，也包括CCUS全流程的示范[1]。但总体来讲，我国的CCUS示范项目规模较小且全流程工艺少。例如，华能集团上海石洞口捕集示范项目2009年投运，最大捕集能力约12万吨/年；神华集团煤制油CO2捕集与封存示范项目2011年投运，捕集+ 水层封存量约10万吨/年；中国石油吉林油田CO2捕集驱油示范项目2007年投运，CO2驱油与封存一体化技术封存量约10万吨/年；中科金龙CO2化工利用项目2007年投运，实现酒精厂CO2化工利用约1万吨/年。

3　 CCUS发展面临的问题

CCUS技术总体上还处于研发和示范阶段，目前仍存在许多制约其发展的突出问题，主要表现为：

3.1 从战略政策层面，国际社会对CCUS未达成统一认识

关于每年举办的全球气候变化谈判，各国出于维护本国的经济利益，对达成具有强制性的温室气体减排目标及落实温室气体减排措施想法不一、互推责任。各国对CCUS推动温室气体减排的贡献和作用毫不怀疑，但是真正建立CCUS示范项目并实际运作的并不多见。就目前来说，全球大部分国家都未形成保障CCUS发展的基本法律框架。

3.2 从经济性角度，CCUS技术巨大的能耗和过高的成本是制约其发展的根本因素

据山西国际能源集团对“350MW富氧燃烧发电与碳捕集、利用、封存工程”进行的可行性研究认为，捕集80%的二氧化碳需增加24%～40%的能耗，使电厂成本增加40%～85%。我国CCUS技术发展路线图研究[1]指出，到2015年CCUS技术的总体发展愿景和目标是，CCUS全流程系统能耗增加在25%以内，系统成本控制在350元/吨左右。

3.3 从安全性角度，长期封存的安全性和可靠性存在一定风险

封存的CO2若发生泄漏可能危害人体健康（高浓度CO2会导致人缺氧窒息）、影响当地区域生态安全[8]，进行CO2封存还可能污染地下水（引起地下水和土壤酸化）[8]、废弃物处置不当易造成二次污染[8]、甚至可能诱发地震[9-11]。Damen等[12]总结了CO2封存过程中可能产生的健康、安全和环境风险。

3.4 从技术研发示范角度，距离推动CCUS大规模商业化应用仍有较大差距

我国在CCUS技术链各环节都已具备了一定的研发基础，但各环节技术发展很不平衡，需要通过持续的研发和示范提高技术的成熟度。捕集技术的能耗和成本居高不下，运输网路的研究才刚刚起步，缺乏封存潜力评估、封存风险监测与应对技术，对真正具有经济效益的CO2利用技术开发不足；工程示范以中小规模捕集、运输与封存为主，且缺少全流程示范工程。

3.5 从长期运营角度，CCUS的可持续发展效益不显著[13]

CCUS技术除了实现控制CO2排放外，其他方面的对经济和环境效益的协同作用较小，额外的能源消耗还可能释放更多的氮氧化物、硫化物和颗粒物等环境污染物。从我国实际出发，如果大规模推广现有的CCUS技术，我国每年将多消耗数亿吨煤，多支出成本达数万亿元，使得能源问题雪上加霜，可持续发展面临巨大挑战。

3.6 从公众接受程度，公众对CCUS安全性存在偏见，认知度不足[14]

由于宣传普及不足，公众对CCUS技术缺乏了解，将CCUS与垃圾填埋、甚至PX项目混为一谈，认为CCUS将导致环境损害、会对人体健康产生不利影响，因而本能地抵制CCUS项目建设。大瀑布电力公司曾在德国北部进行了全球第一个碳封存示范项目——施瓦茨碳封存项目，却因为当地居民的强烈发对，而不得不取消项目，直接将已经捕获的二氧化碳重新排放到大气中去。随着我国CCUS技术示范的推广，这样的问题也会突显，公众对CCUS项目的阻力也可能会急剧增加。

4　 对我国发展CCUS的对策建议

我国作为负责任的发展中大国，高度重视并积极应对全球气候变化。CCUS是应对气候变化的有效途径之一，也是一项战略性的技术，但面对目前CCUS技术发展的诸多困境，我国该如何进一步推动CCUS技术发展，本文提出以下建议：

（1）从战略层面，进一步梳理国际CCUS技术发展路线是否适合于我国国情

国际能源署（IEA）发布的CCUS技术路线图2013版与2009版的变化，说明国际上早期对CCUS发展的预测过于乐观，导致难以落实。我国有不同于欧美等国家的特殊国情，能源消费以煤炭为主的状况短期难以改变，高碳能源的高排放如何实现向低排放的转变是一个重要的战略选择。因此应首先梳理清楚CCUS的战略定位，以及CCUS与新能源发展的关系，制定我国低碳转型发展的中长期路线图。

（2）从政策支持层面，引导资源有效配置于CCUS研发示范各个环节

建设CCUS需要付出高昂的代价，对企业意味着巨大的投资成本，因此，要使CCUS技术具有竞争力，必须由政府扶持技术研发和建设大型示范项目，只有示范项目成功了，社会投资才会进入，CCUS才能健康发展。建议将CCUS技术的基础研发和示范工程列入国家科技专项计划，出台示范工程优惠政策，在项目资本金、捕集CO2后的电价、科研和运行经费方面给予政策支持，制定针对重点行业和具有潜力技术的倾斜性激励政策，实现CCUS技术的合理有序发展。

（3）从工程示范层面，系统部署CCUS技术集成与示范项目

统筹捕集、运输、封存和利用等不同技术路线，注重对全流程示范项目的支持。选择适宜的优先行业，要具备高浓度大规模集中排放源的行业领域，如煤化工行业和燃煤电厂，同时要注意电力和石油行业的合作，开展CO2捕集和二氧化碳驱油（EOR）一体化示范；关注可行性高的重点区域，要具备二氧化碳驱油（EOR）的地质条件或具备化工利用的市场需求，如陕北、鄂尔多斯盆地、四川盆地等地区；探索可能的商业模式，以工业界为项目主体，配合政府政策、资金支持，加强国际技术和资金合作，实现项目盈利运行。

（4）从技术研发层面，有针对性地研发、突破关键技术

围绕解决目前CCUS技术高成本、高能耗和长期安全性、可靠性待验证等突出问题，开展CCUS相关技术的研发和创新；建立产学研结合的CCUS技术合作平台，推动CCUS关键技术的突破与示范顺利开展，加强CCUS相关专业人才培养与引进，建立一支稳定、高水平的研发队伍；注意加强关于CCUS的培训与宣传，利用每年“全国低碳日”等活动，侧重CCUS基础知识和有关政策的宣讲，提高公众对CCUS的接受度，逐步推广CCUS技术应用。

（5）从国际合作层面，注重加强人员交流、合作研发与技术转移

CCUS是以减排温室气体为目的的气候友好型技术，基本不产生经济效益，但却伴随着高昂的经济和资源代价，要发挥CCUS技术在全球应对气候变化的重要作用，需要世界各国携手共同努力。我国应注视加强CCUS的国际交流合作，充分借鉴国外经验，结合我国国情，避免走弯路。尽快建立完善政府间、企业间以及科研单位间双边、多边合作交流机制，大力推进CCUS相关技术共享，完善CCUS项目国际融资机制，开展CCUS能力建设。

参考文献：

[1]科学技术部社会发展科技司，中国21世纪议程管理中心.中国碳捕集、利用与封存技术发展路线图研究[M].北京：科学出版社，2012.

[2]王键，杨剑，王中原，宋宝华.全球碳捕集与封存发展现状及未来趋势[J].环境工程，2012，30（4）：118-120.

[3]田牧，安恩科.燃煤电站二氧化碳捕集封存技术经济性分析[J].锅炉技术，2009，40（3）： 36-41.

[4]张建府.碳捕集与封存技术（CCS）成本及政策分析[J].中外能源，2011，16 （3）：21-25.

[5]张鸿翔，李小春，魏宁.二氧化碳捕获与封存的主要技术环节与问题分析[J].地球科学进展，2010，25（3）：335-340.

[6]全球碳捕集与封存研究院.全球碳捕集与封存现状：2014-02.http：//cn.globalccsinstitute.com/.

[7]郭士伊，顾成奎.碳捕集、利用与封存的对策建议[J].中国科技投资，2013，13：46-49.

[8]刘鸿志.对我国二氧化碳捕集利用与封存环境管理的思考[J].专家观点，2013，11：36-38.

[9]吴昌华，尹乐，王藻，等.CCS在中国：现状、挑战和机遇[R].北京：气候组织，2010.

[10]杜浩渺.碳捕获与封存（CCS）的规范与政策研究[D].重庆：重庆大学，2012.

[11]赵荣钦，丁明嘉，黄贤金.中国碳捕集、利用与封存技术的政策体系研究[J].国土资源科技管理，2013（3）：116-122.

[12]K Damen，A Faaij，W Turkenburg.Health，safety and environmental risks of underground CO2storage - overview of mechanisms and current knowledge [J].Climatic Change，2006，74（1-3）：289-318.

[13]仲平，彭斯震，张九天，贾莉.发达国家碳捕集与封存技术的发展及对中国的启示[J].中国人口资源与环境，2011，21：145-147.

[14]甘志霞，杨乐，刘学之.我国碳捕集与封存技术发展的政策建议[A].第六届科技信息资源共享促进国际会议论文集[C].2011：553-556.

Some Policy Suggestions forEncouraging the Development of Carbon Capture, Utilization and Storage in China

WANG Hao

(Research Center for Eco-Environmental Sciences in Shanxi TaiYuan 030009, China)

Abstract:Today, Climate change is a global issue of common concern to the international community. It has become a main world trend that promote low-carbon and green development. Carbon capture, utilization and storage (CCUS) is considered to be a strategic technology that can achieve large-scale low-carbon fossil energy utilization, also becomes the inevitable option for china to combat climate change. However, there exist many problems of CCUS.The paper tries to give some policy suggestions, such as, reconsider the strategic positioning of CCUS in china, special policy supports for CCUS, make a unified deployment for CCUS demonstration projects, establish a platform for cooperation between research, education, and industrial, make greater effort in publicity and education to improve public awareness and acceptance, recommendations on international technology cooperation.

Keywords:greenhouse gas;CCUS;necessity; economic; safty; policy suggestions

文章编号:1006-5377（2015）09-0056-05

文献标志码:A

中图分类号:X52