CCUS技术路线及发展前景探讨

韩桂芬，张 敏，包立

(1.国电南京自动化股份有限公司，江苏南京210003;2.东南大学自动化学院，江省南京210018; 3.法国巴黎电子信息学院，法国巴黎75004)

CCUS技术路线及发展前景探讨

Analysis of technical approaches and development prospect of CCUS technology

韩桂芬1，张 敏1，包立2，3

(1.国电南京自动化股份有限公司，江苏南京210003;2.东南大学自动化学院，江省南京210018; 3.法国巴黎电子信息学院，法国巴黎75004)

二氧化碳捕集、利用与封存技术(CCUS)作为一项新兴的、具有大规模减排CO2潜力的技术，近几年来受到国内外的广泛关注。简要介绍了CCUS的基本原理，阐述了我国及主要发达国家CCUS技术路线，分析了我国发展CCUS的技术原则、技术政策及相关举措，为我国开展CCUS技术研究和工程示范提供参考。

二氧化碳捕集;利用与封存;技术原理;技术路线;技术政策

1 CCUS技术的提出及其重要意义

全球气候变暖已成为国际热点问题，CO2因具有温室效应被普遍认为是导致全球气候变暖的重要原因之一。如何减少CO2排放，降低大气中CO2浓度，是人类面临的共同难题。我国政府在“十二五”规划中进一步明确了能源战略和减排的基本思路，设定了到2020年碳排放强度比2005年水平下降40%～45%、“十二五”期间碳排放强度降低17%的减排目标，并制定和实施了一系列节能减排方案。中国以煤为主的资源禀赋和能源消费的增长趋势给实现低碳转型和国家减排目标带来了挑战，CO2捕集、利用与封存作为一项新兴的、具有大规模减排潜力的技术，是中国应对气候变化的一项重要战略选择，对达成国家减排目标、实现经济环境可持续发展有着重要意义。

2 CCUS的基本原理与技术路线

2.1 CCUS的基本原理

二氧化碳捕集、运输、封存与利用(CCUS)技术主要包括捕集、运输、封存与利用4个环节。概括来说，碳捕集环节是指将大型发电厂所产生的CO2从电厂的排放烟气中分离出来，通过一系列处理流程之后形成高纯度的CO2，经过净化、干燥与降温等处理环节，最后压缩到具有一定温度、压强工况CO2流，以适应运输和储存的需要。运输环节是将收集到的CO2通过管线和船只等运输到封存地。通过管线输送压缩的CO2是当前的主要方法，自1970年以来就得到应用，美国已建有2500km的CO2输送管线。液态CO2也可以通过船舶输送，而且是一种经济上更可行的输送方案。封存可分为地质封存、海洋封存、化学封存三种方式。地质封存是将CO2注入不同的地质体中，如海底盐沼池、油气层和煤井等，储存的深度一般在800m以下，这样深度的温压条件可以保持CO2为液态。地质封存技术是一项成熟的技术，已在油气行业应用了数十年。海洋封存是通过管道或船舶把CO2释放到海洋水体中或3000m以下的海床上，在“溶解型”海洋封存中，CO2迅速地溶解到海水中，而在“湖泊型”海洋封存中，CO2最初是沉积在海床上的液体。海洋封存技术还存在技术上的不确定性，对海洋环境和海洋生物也有较大的风险。化学封存通过化学反应将CO2转化成无机矿物性碳酸盐从而达到几乎永久性的储存，这方面的技术也仍处于研究阶段，其经济可行性和减排效率也存在很大的不确定性。二氧化碳的资源化利用技术主要包括:合成可降解塑料、油田驱油、合成高纯一氧化碳、烟丝膨化、化肥生产、超临界二氧化碳萃取、饮料添加剂、食品保鲜和储存、焊接保护气、灭火器、粉煤输送、改善盐碱水质、培养海藻等。其中合成可降解塑料和油田驱油技术是比较成熟且产业化应用前景广阔的技术。

2.2 CCUS技术路线

2.2.1 主要发达国家CCS技术路线

碳捕集与封存(CCS)技术由于能够有效减少碳排放，减缓全球变暖效应，因此受到许多国家的重视。目前，美国、欧盟、加拿大、澳大利亚、日本等国已经提出了CCS技术发展路线图。

美国能源部于2010年12月发布的CCS研发示范路线图，由美国能源部国家能源技术实验室(NETL)负责完成，聚焦于为燃煤发电系统提供具有成本效益的先进CCS技术，所需要开展的研究、开发和示范工作。路线图确定了新的发展路径，重点关注高效、经济的解决方案以快速实现商业化。CCS技术要克服经济、社会和技术层面等多种挑战，有效监测与核实CO2封存情况;CO2地下永久封存;公众接受程度等。

欧洲是CCS技术研发的先驱。2006年，欧委会、欧洲工业界、NGOs、科学家以及环保学者联合起来开展“欧洲零排放化石燃料发电站(ETP－ZEP)技术平台”，技术平台主要从降低零排放发电成本、示范CO2地质封存的安全性、加强CO2运输、解决环境问题、获得公众支持、面向2020这6个方面来进行，并详细列出了各方面的具体措施。2007年，欧盟发布了战略能源技术计划(SET－Plan)的技术路线图及低碳技术开发的投资，在战略能源技术计划中对CCS的技术开发、部署、研究、实施、投资、取得的主要成果等进行了详细的规划。

加拿大CCS技术发展路线图(CCSTRM)的制定经过了形势分析、技术路径与研发战略确认、研发与示范优先方向确认以及最终撰写四个阶段。路线图深度分析了加拿大目前在CCS方面所面临的挑战和机遇，并对加拿大在开发CCS技术方面的技术需求以及时间表进行了详细评述。此外，技术路线图提出了六大关键目标，分别从政策与法规框架、公共宣传与教育、技术跟踪与国际合作、科学与技术研发、工程示范、利益相关者的国家级协调方面制定了CCS的未来目标、行动、产出和预期成果等。

《澳大利亚CO2捕集与封存技术发展路线图》的实施主要分为四个阶段:第一阶段建立基础，用5年时间对各项初步工作进行评估，从而对该技术的性能和知识积累做出贡献;第二阶段，在5～10年内形成该技术研究和发展方面的最完备的体系;第三阶段，在10～20年里进行CO2捕集和封存技术的工程实践;第四阶段，在20～30年里使CO2捕集和封存技术在发展氢经济领域获得广泛应用。

日本的CCS研究基本与欧洲及北美国家同步。日本CCS发展路线图主要为:2008年－2010年开展地质封存中试研究;2010年－2020年开展大规模系统示范;2020开始实施CCS技术，包括利用CO2提高石油采收率，封存到咸水层，注入枯竭天然气田以及煤层，还有发展运输技术等。

分析国际上主要发达国家CCS技术发展路线图，可为我国CCUS研发及确定CCUS技术路线图提供借鉴和参考。

2.2.2 我国CCUS技术路线

中国的国情、发展阶段和能源结构决定了碳捕集、利用与封存技术(CCUS)是中国应对气候变化的一项重要战略选择，也是全球碳捕集与封存最具潜力的市场。因此，研究并制定符合我国国情的CCUS技术路线图，对于指导中国有序开展CCUS技术研究、提高技术研发能力、应对气候变化能力和综合竞争力具有重要的意义。

中国科学院院士倪维斗、中国工程院院士费维扬等专家学者也在不同场合多次提到中国要走符合中国国情的碳捕集、利用与封存路线。倪维斗指出，中国碳捕集、利用与封存可分三个阶段进行:第一阶段从天然气中分离CO2，并用来提高石油采收率和煤层气采收率;第二阶段从煤化工行业捕集CO2，进行利用与封存;第三阶段进行燃煤电厂的碳捕集、利用与封存。

3 我国发展CCUS的技术原则、技术政策及相关举措

3.1 我国发展CCUS的技术原则

2009年，科技部万钢部长在出席碳收集领导人论坛(CSLF)时表示:在CCS尚未成熟的今天，应将重心放在加强技术开发上;发达国家应率先示范CCS技术并提供资金、技术转移和能力建设的支持，帮助中国发展CCS技术;并尤其关注CO2资源化利用的新方法、新技术的合作研究和开发。因此，我国发展CCUS技术的基本原则主要有以下三个方面:

(1)在碳捕集与封存技术还没有成熟的今天，应将重心和优先放在加强技术开发上。CCUS是一项新兴的、具有大规模减排潜力的技术，有望实现化石能源使用的CO2近零排放，可成为未来控制温室气体排放的重要手段之一。但是，CCUS总体上仍处在研发和示范阶段，目前仍存在许多制约其发展的突出问题，包括能耗和成本过高、可持续发展效益不显著、长期封存的安全性和可靠性等。

(2)发达国家应率先示范CCS技术，帮助发展中国家发展CCS技术。为促进CCS技术的发展与应用，欧盟、美国、澳大利亚等发达国家均已启动大规模的计划推动CCS技术的研发与示范，并在G8，G20等框架下积极推动CCS在全球范围的发展。

(3)应关注CO2资源化利用的新方法、新技术的合作研究与开发。CO2是工业活动的必然产物，对其进行捕集和封存在经济上是纯耗费的行为，如能加以资源化利用，可创造额外的经济效益。因此，研发创新型的CO2资源化利用技术应得到格外关注。开展CCUS技术研发和储备，将为我国未来温室气体减排提供一项重要的战略性技术选择。

3.2 我国发展CCUS的技术政策

我国政府对CCUS技术给予高度重视。《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006年－2020年)》在先进能源技术重点研究领域提出了“开发高效、清洁和CO2近零排放的化石能源开发利用技术”。国务院于2007-06-04发布《中国应对气候变化国家方案》，方案将发展CCUS技术列入温室气体减排的重点领域。2007-06-14，科技部联合发改委、外交部等14个部门联合发布《中国应对气候变化科技专项行动》。《专项行动》中明确将开发CCUS技术列入控制温室气体排放的重点领域，并作为重要任务，加强研发投入，推动技术示范。2011-07-04，国家科学技术部发布《国家“十二五”科学和技术发展规划》，规划明确提出我国将大力发展CO2捕集、利用与封存等技术。

3.3 我国发展CCUS的相关举措

2005年，CCS技术被编入《国家中长期科技发展规划纲要(2006年－2020)》。2007年，国家发改委应对气候变化司设立了加强先进技术研发和推广的目标，其中包括CCS技术。同年由科技部、发改委等十四家部位和机构发起的“国家应对气候变化科技专项行动”将研发CCS关键技术和措施、制定技术路线图、开展能力建设和工程技术示范作为重要任务。科技部通过“973计划”、“863计划”等大型科研项目支持CCS相关研究。2011-07-28，由亚行和发改委联合主办的“碳捕集和封存国际研讨会”上国家发改委副主任解振华强调，应该“大力加强技术创新和机制创新，加强清洁煤技术、核能技术、建筑节能、新能源汽车以及碳捕获、利用和储存等技术的自主研发和推广”。同时，中国政府也积极与多国政府建立合作关系，支持和促进相关企业和研究机构开展CCS技术相关的国际合作。

4 结语

我国经济的快速增长对能源的需求日益增加，温室气体排放量已位居世界前列，而中国又是一个深受气候变化影响的发展中国家，极端天气事件频发。目前以煤炭为主的一次能源和以火力发电为主的二次能源结构，使二氧化碳捕集、利用与封存技术(CCUS)应用前景广阔，也必将成为我国碳减排和应对气候变化的重要战略选择。因此，研究CCUS技术发展原理，分析CCUS技术路线、技术政策等相关问题，为我国从事CCUS技术研究及工程示范提供参考。进一步加强CCUS技术研究，推动我国CCUS技术创新及技术发展，为实现我国“十二五”减排战略目标及社会经济可持续发展作出贡献。

［1］武汉文献情报中心.国际二氧化碳捕集与封存技术路线图解析［EB/OL］.http://www.whlib.ac.cn/xxfw/qbyj/xny/yjcp/201103/ t20110318_3088965.html，2011-03-18.

［2］周蒂，孙珍.《广东省二氧化碳捕集与封存可行性研究》中英合作项目正式启动［J］.热带海洋学报，2010，29(3):155－156.

［3］科技部网站.国家863计划先进能源技术领域基于IGCC的CO2捕集、利用与封存技术研究与示范［EB/OL］.http://www.most.gov.cn/tztg/201010/P020101021502232189245.pdf，2010-10-21.

［4］中国科技部.碳捕集、利用与封存技术在中国［EB/OL］.http:// toronto.china－consulate.org/chn/keji/t760530.htm，2010-10-13.

X701.7

B

1674－8069(2012)04－008－03

2012-03-26;

2012-06-05

韩桂芬(1961-)，女，江苏靖江人，高级工程师，主要从事电力系统自动化研究工作。E－mail:hgfynp@126.com

Abstract:Carbon Capture，Utilization and Storage(CCUS)，a new and enormous potential technology of large－scale eliminated reduction，has become one of the hottest issues all over the world recently.The fundamental principles of CCUS is presented briefly，the technical approaches of CCUS of China and several major developed countries are illustratecd，and the development of CCUS technology of China is analyzed，including principles，strategies and corroborated measures which aims at contributing to the development of CCUS technology and demonstration projects of our country.

Key words:carbon capture;utilization and storage;technical principle;technical approach;technical strategy