盘点！CCUS技术类型、难以商业化应用三大原因！附CCUS实用标准

6月2日，国家能源集团泰州电厂二氧化碳捕集利用封存项目完成满负荷试运行，标志着亚洲最大的火电CCUS项目正式投产！

CCUS技术是化石能源低碳利用的唯一技术选择，也是钢铁水泥等难减排行业的可行方案。今天我将为朋友们深度梳理CCUS技术类型、技术商业化面临的挑战、市场前景等内容。

我整理了一套CCUS干货，包括项目汇总、实用标准、专家PPT等内容，强烈推荐大家下载后结合文章阅读。

下载全套资料，请在后台回复“0731”，查看下载方式。

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CCUS干货

1、国内外CCUS项目汇总Excel表

本表汇总了56个CCUS项目的最新进度，包含项目名称、实施单位、所属集团、预算、CO2捕集能力、项目情况、技术路劲、进度等内容。可以帮助大家更为直观的了解目前我国CCUS项目的发展趋势。

2、二氧化碳捕集利用与封存术语

这是国内首部CCUS领域团体标准，二氧化碳捕集、运输、利用和地质封存等全流程涉及的主要用语进行了定义或规范，也界定了CCUS项目实施过程中涉及的监测、计量和CCUS风险方面的术语。

3、二氧化碳捕集与利用技术研究及工程示范.PPT

PPT来自华能集团，对CCUS技术定位、减排贡献、产业现状、工程示范案例等方面内容进行讲解，并得出结论：虽然目前碳封存技术已有多个大型验证项目，但如何降低能耗和成本仍是CCUS的研究重点。

4、CCUS技术与工程实践.PPT

PPT对双碳目标下CCUS的重要意义、现状与挑战、华能CCUS技术研发与工程项目等多项内容进行了讲解，并得出以下结论：

CCUS是我国构建新型电力系统，实现双碳目标不可或缺的战略性技术；

我国在CCUS领域有一定基础，但在大规模全流程CCUS工程示范方面与国外差距较大，仍需进一步降低能耗和成本；

华能正在开展大规模CCUS技术研发与工程示范，带动捕集、输送、驱油、封存和监测等核心技术突破；

建议出台CCUS财税激励政策和标准体系，建立重大示范工程全生命周期成本分摊机制。

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CCUS技术分类

CCUS是把生产过程中排放的二氧化碳进行捕获提纯，继而投入到新的生产过程中进行循环再利用或封存的一种技术，分为捕集、输送、利用与封存四个环节。

CCUS技术流程（图片来源：DeepTech）

一、捕集

CO₂捕集技术是指将电力、化工等行业利用化石能源时产生的CO₂进行收集和分离的过程，该环节是CCUS系统耗能和成本产生的主要环节。按照分离流程，捕集技术可划分为3个方向:燃烧前捕集、富氧燃烧捕集、燃烧后捕集。

1、燃烧前捕集技术包括整体煤气化联合循环发电（IGCC）和工业分离两大类。

IGCC是将煤炭、生物质、石油焦等燃料进行气化，净化后的气体用于燃气—蒸汽联合循环发电的技术；工业分离是指煤制油、煤制气、天然气处理、水泥、甲醇、化肥等产业中进行CO₂分离。

2、燃烧后捕集技术主要是在燃煤发电厂采用物理化学方法对燃烧后烟道气中的CO₂进行捕集。

该技术发展相对成熟，中国华能集团有限公司、国家能源集团在该领域处于领跑地位，已建成数套10×10⁴t级捕集装置。

3、富氧燃烧捕集技术是利用高纯度的O₂代替空气，与化石燃料以及燃烧后返回的部分高浓度CO₂一起进入燃烧室燃烧，生成以水蒸气、CO₂、SO₂、NOx和颗粒物为主的烟气，颗粒物和SO₂可分别通过传统的静电除尘器和烟气脱硫方法去除，剩余烟气中的CO₂浓度很高，体积分数一般为80%～98%，易于捕集。

相较而言，燃烧后捕集技术具有较高的选择性和捕集率，且该技术中国与发达国家间差距不大，是目前应用较为广泛且成熟的捕集技术。

根据不同碳捕捉技术的特性可以看出，燃烧前捕集和富氧燃烧需要合适的材料和操作环境来满足高温要求，这两种技术的研究与开发和示范项目较少

除了以上三种对化石燃料和工业过程产生的二氧化碳进行捕集的传统CCUS捕集技术。

近年来，生物质能-碳捕集（BECCS）技术和空气碳捕集（DACCS）技术也取得了一定的发展。生态环境部环境规划院按照可持续发展情景估计，到2070年，生物质能和空气碳捕集途径占比将进一步上升，从2050年的19.6%上升至36.2%。

生物质能-碳捕集与封存（BECCS）技术利用植物的光合作用，结合生物质能和CCUS来实现温室气体负排放，将大气中的二氧化碳转化为有机物，并以植物生物质的形式积累存储下来，在长期缓解二氧化碳排放方面具有明显优势，在全球范围内具有可观的碳潜力。

直接空气碳捕捉（DACCS），指利用化学反应，将空气中的碳提取出来，当空气经过装有液体溶剂或固体吸附剂（均为常见的化学品）的装置时，二氧化碳会留在溶剂或吸附剂中，而其他成分则离开装置回到空气中。

CO₂捕集技术成熟度

二、运输

我国CO₂运输主要有公路罐车运输和管道运输。

其中，公路罐车具有运输灵活、可利用现有公路系统、前期投资少等优势，但其运力低、单位成本高、挤占道路资源、易产生安全事故，主要适用于小规模、短距离、非连续性陆上运输的CCUS示范项目。

管道运输具有运量大、运输距离远、可实现连续性运输、运输成本相对较低、受外界干扰影响小、挤占社会公共资源少等优势，是目前国际陆上大规模CCUS项目最主要的运输形式。但其前期投资高昂，受地形影响大，需要超前规划。

我国现有CCUS试点示范项目基本都采用公路罐车运输方式，现有商业化和示范项目中已建成CO₂运输管道3条，累计长度约80公里，分别是吉林油田EOR项目CO₂运输管道、华东油田EOR项目CO₂运输管道和胜利油田EOR项目CO₂运输管道。

三、利用

CO₂的资源化利用方式主要有：化工利用、生物利用和矿化利用。

CO₂的化工利用是指以CO₂为原料，与其他物质发生化学转化，产出附加值较高的化工产品，如甲醇、碳酸盐、乙酸、乙醇等。

CO₂生物利用技术是指，通过模拟自然界中植物和微生物等的自然光合作用过程，设计和构建出全新的人工光合体系与路径，从而将CO₂更加高效地转化为合成化学品和农业产品。

CO₂矿化封存技术是指模仿自然界CO₂矿物吸收过程，利用天然硅酸盐矿石或固体废渣中的碱性氧化物，如CaO、MgO等将CO₂化学吸收转化成稳定的无机碳酸盐的过程。

二氧化碳转化与利用始终是CCUS技术创新突破难点，全球范围都将研发力量集中在该环节。

只有少数技术(如强化采油和浸采采矿技术)发展较快，已进入商业化应用阶段，其余大部分技术仍属于研发或工业示范阶段，距离规模化落地仍有一定距离。

四、封存

碳封存技术是指通过工程技术手段将捕集的CO₂注入深部地质储层，实现与大气长期隔绝的技术，封存方式分为陆上封存和海上封存。

油藏可以作为CO₂封存的较为理想的场所，在油田开发过程中注入CO₂，一部分气体溶解或者扩散到原油和地层水当中，还有一部分与岩石反应沉积在油藏中。

CO₂强化采油技术已进入商业应用，该技术在实现封存CO₂的同时可以提高石油采收率，额外采出的原油所实现的经济效益可以有效降低CCUS项目的成本，每注入1t CO₂可产出0.1～0.6t原油。由于油气藏具有完整的地质资料和基础设施等有利条件，在油田开展CCUS是当下大规模推广CCUS的主流方向。

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CCUS技术商业化应用面临挑战

然而，目前CCUS技术面临着成本高、商业模式不明确、政策支持不足等挑战，需要通过多种途径降低成本、探索商业模式、加强政策支持，推动其实现商业化应用。

1、CCUS高成本、弱盈利，制约了其规模化发展

CCUS的成本受多种因素影响，包括资本成本、能源和材料价格、工厂位置、碳定价等政策经济因素，以及CO₂气源浓度、气体杂质等技术因素。就CCUS全流程而言，捕集是CCUS成本最高的环节，一般占项目总成本的60%-80%。捕集成本通常与CO₂气源浓度相关，CO₂浓度越高，捕集成本越低。

不同行业和技术路径下的 CO₂ 捕集成本

此外，不同技术路径的捕集成本差异明显，以发电行业为例，燃气机组的捕集成本为68~117美元/吨，而超临界煤电中的CO₂捕集成本则相对较低，为51~68美元/吨。

CCUS项目需要大量资金投入，投资额动辄数千万元至数亿元的规模。在巨大的投资和成本压力下，企业往往不敢大胆投入CCUS研发和示范。若无法实现经济收益，将严重影响企业开展CCUS示范项目的积极性，制约CCUS产业化和规模化发展。

2、国内CCUS的商业模式尚未完善，阻碍了其产业化发展

CCUS的商业模式指的是把CCUS开发、建设和运营等内外要素整合起来，形成一个完整、高效且具有独特竞争力的运行模式，从而为CCUS投资者创造价值。目前，CCUS项目的商业模式可主要分为四类（图2）。最为常见的商业模式为垂直一体化模式，即由单一企业（通常为大型油气公司）投资捕集、运输和封存服务，这种模式能降低各方合作不畅的风险，但在一定程度上限制了企业间、行业间的协作。

CCUS项目的商业模式类型

然而，目前国内CCUS各环节的专业企业数量较少，且全产业链CCUS项目商业模式单一。超过50%的CCUS全流程项目为中国石油、中国石化、中海油、延长石油等大型石油企业自行投资建设的垂直一体化模式。只有少数项目采用其他商业模式。

国内 CCUS 商业模式代表性项目

3、CCUS缺乏政策支撑，增加了其技术发展的风险

目前，全球部分发达国家已经出台了CCUS的专项支持政策，以促进CCUS项目的推进。

全球部分国家CCUS支持政策

尽管国家出台了大量与CCUS相关的鼓励政策，但CCUS的潜在商业能力仍不足。现有的政策缺乏具有约束力的法律和法规，并缺乏实质性的激励政策，如税收减免、优惠贷款、关税补贴政策和配额政策。

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CCUS市场前景

按照CCUS产业链各环节的组合关系，可将CCUS项目模式分为3类：

捕集-利用型（CU型）：将捕集的二氧化碳进行直接应用，主要为化工利用和生物利用。

捕集-运输-埋存型（CTS型）：将捕集的二氧化碳通过罐车或管道等方式输送至目的地，并进行地质封存，例如神华在内蒙古开展的咸水层封存示范工程。

捕集-运输-利用-埋存型（CTUS型）：利用方式主要为二氧化碳驱油。

目前，我国运行及在建CCUS项目多为CU型，完整产业链的CTUS型相对较少，主要集中在电力行业与重工业。

据北京理工大学能源与环境政策研究中心预测，2060碳中和目标下，我国需要通过CCUS技术完成约175亿-315亿吨的累计减排任务。

其中，火电行业是CCUS发挥作用的主阵地，约能减排160亿-285亿吨，非电行业如钢铁、水泥、化工等重工业约可减排15亿-30亿吨。

一、电力

1、火电

火电行业是当前中国CCUS示范的重点，预计到2025年，煤电二氧化碳减排量将达到600万吨/年，2040年达到峰值、为2~5亿吨/年。气电CCUS的部署也将逐渐展开，于2035年达到峰值后保持不变，当年减排量为0.2~1亿吨/年。

在中国预计到2050年仍将有大约9亿千瓦燃煤电厂在运行，CCUS技术的部署有助于充分利用现有的煤电机组，适当保留煤电产能、避免一部分煤电资产提前退役而导致资源浪费。

现役先进煤电机组结合CCUS技术实现低碳化利用改造是释放CCUS减排潜力的重要途径。燃煤电厂加装CCUS可以捕获90%的碳排放量，使其变为一种相对低碳的发电技术。技术适用性标准和成本是影响现役煤电机组加装CCUS的主要因素。

2、可再生能源发电

太阳能和风能将成为全球最大和最便宜的电力来源，但仍然需要其他技术来实现低成本的电力系统。来自可变可再生能源的电力比例不断增加，促使人们更加需要 "按需 "使用的容量，以确保电力系统的稳定运行。

装备了CCUS的燃煤或燃气发电厂可以提供这种能力，并在任何时候供电，无论是在晚上还是在静止的日子。在可再生能源发电量季节性变化较大的地区，配备CCUS的发电厂特别有价值。少数能够管理这些变化的替代品，如大规模储氢，目前比CCUS更昂贵。

二、重工业

1、水泥

水泥行业的生产过程中，石灰石分解产生的二氧化碳排放约占水泥行业总排放量的60%，CCUS是水泥行业脱碳的必要技术手段。

2、钢铁

钢铁行业的生产工艺以排放量较高的高炉-转炉法为主，高炉-转炉法炼钢约89%的能源投入来自煤炭，导致中国吨钢碳排放较高。基于CCUS的生产路线是目前最先进和成本最低的低碳选择，可以应用于钢铁行业的许多方面，主要包括氢还原炼铁技术中氢气的产生以及炼钢过程。

3、石化和化工

石化和化工行业是二氧化碳的主要利用领域，通过化学反应可将二氧化碳转变成其他物质，然后进行资源再利用，主要集中在天然气加工厂、煤化工厂、氨/化肥生产厂、乙烯生产厂、甲醇乙醇生产厂等等。相较于其他低浓度排放源、石化和化工行业捕集能耗低、投资成本与运行维护成本低，为早期 CCUS示范提供了低成本机会。

目前，我国CCUS出于示范阶段，已具备大规模捕集利用与封存CO2的工程能力，涉及行业广泛，但缺少大型项目。据统计，中国已投运或建设中的CCUS示范项目约为40个，项目遍布19个省份，捕集源的行业和封存利用的类型呈现多样化分布，捕集能力300万吨/年。中国CCUS发展年度报告指出，碳中和目标下我国2030年 CCUS 减排需求为0.2亿~4.08 亿吨，市场规模将突破千亿。