?在全球追求減排與應(yīng)對(duì)氣候變化的背景下，碳捕集、利用與儲(chǔ)存（CCUS）技術(shù)的重要性日益凸顯。國(guó)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(guó)和中國(guó)這兩個(gè)國(guó)家。美國(guó)以絕對(duì)的碳捕集總量居全球首位，而中國(guó)則在增量方面表現(xiàn)突出，成為全球增速最快的碳捕集國(guó)。

　　?近年來(lái)，我國(guó)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(kāi)展了大量示范應(yīng)用。在看到階段成果與機(jī)遇的同時(shí)，也應(yīng)看到問(wèn)題與挑戰(zhàn)。目前我國(guó)推動(dòng)碳捕集技術(shù)深入發(fā)展面臨技術(shù)層面、經(jīng)濟(jì)層面、政策和法規(guī)層面、社會(huì)認(rèn)知和人才層面4個(gè)層面的挑戰(zhàn)。

　　?在全球應(yīng)對(duì)氣候變化的大背景下，碳捕集技術(shù)作為實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)的重要手段之一，在中國(guó)正迎來(lái)前所未有的發(fā)展機(jī)遇。在技術(shù)創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)發(fā)展、政策支持和國(guó)際合作的共同推動(dòng)下，碳捕集技術(shù)將為實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)發(fā)揮重要作用，為構(gòu)建綠色低碳的美好未來(lái)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

　　碳捕集技術(shù)是鋼鐵行業(yè)長(zhǎng)期減排和深度降碳的關(guān)鍵技術(shù)之一，對(duì)人類應(yīng)對(duì)氣候變化和實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)具有重要意義。2024二氧化碳捕集、利用與封存（CCUS）國(guó)際會(huì)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(dòng)態(tài)和技術(shù)難題再次成為關(guān)注的焦點(diǎn)。國(guó)際能源署預(yù)測(cè)，要實(shí)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(yù)計(jì)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(rèn)為是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的必要措施。這一技術(shù)的核心在于通過(guò)一系列方法，將二氧化碳從工業(yè)排放源中捕獲，并進(jìn)行安全儲(chǔ)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(yīng)用案例、國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀及面臨的問(wèn)題與挑戰(zhàn)，并對(duì)未來(lái)發(fā)展做出簡(jiǎn)要展望。

　　在全球追求減排與應(yīng)對(duì)氣候變化的背景下，碳捕集、利用與儲(chǔ)存技術(shù)的重要性日益凸顯。國(guó)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(guó)和中國(guó)這兩個(gè)國(guó)家。美國(guó)以絕對(duì)的碳捕集總量居全球首位，而中國(guó)則在增量方面表現(xiàn)突出，成為全球增速最快的碳捕集國(guó)。

　　2023年，全球的碳捕集與存儲(chǔ)能力達(dá)到5500萬(wàn)噸，其中美國(guó)和巴西占據(jù)了60%的市場(chǎng)份額。盡管巴西的碳捕集能力主要來(lái)源于1座工廠，但美國(guó)憑借其多樣化的獨(dú)立設(shè)施，展現(xiàn)出其在碳捕集技術(shù)方面的強(qiáng)大實(shí)力。具體而言，美國(guó)的多座發(fā)電廠運(yùn)用燃燒后捕集技術(shù)，極大地提高了其碳捕集能力。美國(guó)在碳捕集與封存領(lǐng)域投入較大，或?qū)⒊蔀樘疾都c儲(chǔ)存這項(xiàng)新生技術(shù)的重要試驗(yàn)場(chǎng)。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(xiàng)目投運(yùn)明顯擴(kuò)大，而美國(guó)已運(yùn)行和規(guī)劃中的碳捕集項(xiàng)目數(shù)量也較多，目前已有24個(gè)，其和加拿大正在發(fā)展的項(xiàng)目主要都是利用所捕集的碳恢復(fù)石油開(kāi)采活動(dòng)。于2017年啟動(dòng)、2020年關(guān)停的佩特拉諾瓦（Petranova）項(xiàng)目曾是美國(guó)唯一的煤電廠碳捕集項(xiàng)目，每年可以捕集140萬(wàn)噸二氧化碳并運(yùn)輸?shù)接吞锛右岳谩?023年，美國(guó)西北大學(xué)研究的“濕度擺動(dòng)”技術(shù)，利用一系列離子在低濕度時(shí)捕集二氧化碳、在高濕度時(shí)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(dòng)力學(xué)方法和多種離子，幾乎可以從任何地方去除碳。同年，美國(guó)西北大學(xué)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(shí)，可實(shí)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(jì)劃為CCUS項(xiàng)目及用于生產(chǎn)低碳能源的設(shè)備支付補(bǔ)貼，以推動(dòng)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展。其中，2014年運(yùn)行至今的邊界大壩能源（Boundary Dam Power）項(xiàng)目每年能夠捕集約100萬(wàn)噸二氧化碳，捕集率較高，對(duì)減少發(fā)電廠的碳排放具有重要意義；2015年運(yùn)行的Quest項(xiàng)目將原油制氫過(guò)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(shí)踐，為減少工業(yè)碳排放提供了可行的解決方案。

　　英國(guó)制定了相關(guān)政策推動(dòng)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(guó)國(guó)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(guó)境內(nèi)運(yùn)行的塔塔鋼鐵碳捕集示范項(xiàng)目每年可以捕集4萬(wàn)噸二氧化碳，約占當(dāng)?shù)厝細(xì)怆娬究偱欧帕康?1%。

　　澳大利亞擁有多個(gè)碳捕集與封存項(xiàng)目，比如“碳網(wǎng)”計(jì)劃，計(jì)劃每年在澳大利亞?wèn)|南沿海的巴斯海峽封存500萬(wàn)噸二氧化碳，預(yù)計(jì)到2030年投入使用?；始夷珷柋纠砉ご髮W(xué)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(shí)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(yù)計(jì)到2030年投入使用（目前處于規(guī)劃和推進(jìn)階段）的“碳網(wǎng)”計(jì)劃（CarbonNet）將在澳大利亞?wèn)|南沿海的巴斯海峽進(jìn)行，每年預(yù)計(jì)封存500萬(wàn)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(xué)科研團(tuán)隊(duì)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(guò)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(yīng)產(chǎn)物以固體形式從溶液中轉(zhuǎn)化出來(lái)，避免了產(chǎn)物在液相中積累導(dǎo)致反應(yīng)速度降低的問(wèn)題。2023年4月份，巴斯夫及其工程伙伴日揮株式會(huì)社共同開(kāi)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(gè)以當(dāng)?shù)靥烊粴馍a(chǎn)藍(lán)氫和藍(lán)氨的示范項(xiàng)目，氫氣生產(chǎn)設(shè)施預(yù)計(jì)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(jìn)行了二氧化碳海底封存試驗(yàn)，將北海道一處煉油廠排放的二氧化碳?jí)嚎s后封存到海底，目前已封存了30萬(wàn)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(wú)需燃燒，相比目前最經(jīng)濟(jì)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(lái)，我國(guó)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(kāi)展了大量示范應(yīng)用。截至2024年8月底，中國(guó)已投運(yùn)CCUS項(xiàng)目67個(gè)，統(tǒng)計(jì)到的碳捕集產(chǎn)能約700萬(wàn)噸二氧化碳/年。2021年，CCUS技術(shù)首次被寫(xiě)入中國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展綱領(lǐng)性文件，且政策重點(diǎn)支持CCUS技術(shù)研發(fā)與示范，涉及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、投融資方面的政策條款逐漸增多。其中，2024年投產(chǎn)的全國(guó)首套萬(wàn)噸級(jí)燃煤電廠二氧化碳捕集與炭化利用全流程耦合示范項(xiàng)目（浙江蘭溪）每年捕集利用的二氧化碳量相當(dāng)于1.5萬(wàn)畝森林每年的固碳量。該項(xiàng)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(dá)99%。

　　從技術(shù)發(fā)展角度來(lái)看，一方面，我國(guó)擁有多種技術(shù)研發(fā)和試點(diǎn)項(xiàng)目，如化學(xué)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(diǎn)項(xiàng)目，一些技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入到工業(yè)示范階段（如固體吸附），部分技術(shù)（膜分離、化學(xué)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(guó)已經(jīng)實(shí)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(shí)實(shí)現(xiàn)封存的項(xiàng)目。同時(shí)，高校、科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)對(duì)碳捕集技術(shù)的研發(fā)投入在加大，并開(kāi)展了一些國(guó)際間合作和交流。從政策支持角度來(lái)看，國(guó)家采取了一系列政策，鼓勵(lì)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(duì)CCUS項(xiàng)目的布局和發(fā)展有所提及。圍繞碳捕集，我國(guó)開(kāi)始形成包括技術(shù)研發(fā)、裝備制造、工程設(shè)計(jì)、項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)等環(huán)節(jié)的產(chǎn)業(yè)鏈。

　　事物發(fā)展如硬幣兩面，在帶來(lái)機(jī)遇的同時(shí)，也伴隨著問(wèn)題與挑戰(zhàn)。具體來(lái)看，目前我國(guó)推動(dòng)碳捕集技術(shù)深入發(fā)展面臨4個(gè)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(guò)程需要消耗大量能源，導(dǎo)致整體成本較高，目前僅在少量場(chǎng)景下具備經(jīng)濟(jì)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(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行要求，比如膜分離等技術(shù)還需要進(jìn)一步改進(jìn)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(guò)程中，對(duì)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(zhǎng)期安全性和可靠性數(shù)據(jù)缺乏，對(duì)于碳捕集系統(tǒng)長(zhǎng)期運(yùn)行下的設(shè)備穩(wěn)定性、材料耐久性等方面缺乏足夠長(zhǎng)時(shí)間驗(yàn)證的數(shù)據(jù)。

　　二是經(jīng)濟(jì)層面。一方面，投資回報(bào)周期長(zhǎng)導(dǎo)致社會(huì)資本參與積極性不高，僅靠大型國(guó)有企業(yè)和政府推動(dòng)難以快速發(fā)展；另一方面，成本分擔(dān)機(jī)制不完善，產(chǎn)業(yè)鏈上各環(huán)節(jié)成本分擔(dān)不明確，難以形成合理的價(jià)格體系。同時(shí)，市場(chǎng)機(jī)制不健全，碳交易市場(chǎng)尚不完善，碳捕集項(xiàng)目難以從碳交易中獲得足夠的激勵(lì)和收益。

　　三是政策和法規(guī)層面。盡管有政策引導(dǎo)，但是對(duì)于碳捕集實(shí)質(zhì)性的補(bǔ)貼、稅收優(yōu)惠等激勵(lì)政策力度和覆蓋范圍有限。同時(shí)，在項(xiàng)目布局、技術(shù)規(guī)范、安全環(huán)保等方面缺乏全國(guó)統(tǒng)一的規(guī)劃和標(biāo)準(zhǔn)體系。對(duì)二氧化碳運(yùn)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(fēng)險(xiǎn)和安全隱患。

　　四是社會(huì)認(rèn)知和人才層面。一方面，社會(huì)大眾對(duì)碳捕集的意義、安全性等理解不夠，容易導(dǎo)致項(xiàng)目落地時(shí)面臨社會(huì)阻力；另一方面，從研發(fā)到工程應(yīng)用等環(huán)節(jié)的專業(yè)人才儲(chǔ)備不足，制約行業(yè)快速發(fā)展。

　　在全球應(yīng)對(duì)氣候變化的大背景下，碳捕集技術(shù)作為實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)的重要手段之一，在中國(guó)正迎來(lái)前所未有的發(fā)展機(jī)遇。未來(lái)，中國(guó)的碳捕集領(lǐng)域有望在以下幾個(gè)方面取得顯著進(jìn)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(guó)預(yù)計(jì)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(xué)溶劑的研發(fā)將進(jìn)一步提高碳捕集的效率和選擇性，降低成本；先進(jìn)的捕集技術(shù)，如生物捕集、電化學(xué)捕集等有望從實(shí)驗(yàn)室走向工業(yè)應(yīng)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(guò)程中得到廣泛應(yīng)用，通過(guò)大數(shù)據(jù)分析、人工智能優(yōu)化等手段，實(shí)現(xiàn)捕集過(guò)程的精準(zhǔn)控制和高效運(yùn)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(jì)、運(yùn)營(yíng)維護(hù)的完整產(chǎn)業(yè)體系。同時(shí)，大規(guī)模的碳捕集項(xiàng)目將不斷涌現(xiàn)，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)規(guī)模迅速擴(kuò)大。碳捕集將與其他減排技術(shù)，如可再生能源、能源存儲(chǔ)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(chǔ)存和轉(zhuǎn)化，提高能源利用效率。此外，預(yù)計(jì)跨行業(yè)合作將日益頻繁，能源、化工、鋼鐵等碳排放重點(diǎn)行業(yè)將與環(huán)保企業(yè)、科研機(jī)構(gòu)緊密合作，共同推動(dòng)碳捕集技術(shù)應(yīng)用和推廣。

　　三是政策支持與市場(chǎng)機(jī)制。預(yù)計(jì)政府繼續(xù)出臺(tái)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(dǎo)，包括財(cái)政補(bǔ)貼、稅收優(yōu)惠、碳排放權(quán)交易制度的優(yōu)化等，激勵(lì)企業(yè)積極開(kāi)展碳捕集項(xiàng)目。同時(shí)，隨著全國(guó)碳排放權(quán)交易市場(chǎng)不斷成熟，碳捕集所產(chǎn)生的減排量有望在市場(chǎng)上獲得更高的價(jià)值認(rèn)可，為企業(yè)帶來(lái)經(jīng)濟(jì)效益，進(jìn)一步促進(jìn)碳捕集技術(shù)的推廣應(yīng)用。

　　四是國(guó)際合作與交流。中國(guó)將在碳捕集領(lǐng)域加強(qiáng)國(guó)際合作，積極參與國(guó)際科研項(xiàng)目和技術(shù)交流活動(dòng)，通過(guò)“一帶一路”倡議等平臺(tái)，推動(dòng)碳捕集技術(shù)在沿線國(guó)家的應(yīng)用和推廣，共同應(yīng)對(duì)全球氣候變化挑戰(zhàn)，提升中國(guó)在全球氣候治理中的影響力。

　　《中國(guó)冶金報(bào)》（2024年11月01日 02版二版）