碳捕集、利用和储存

摘要：碳捕集、利用与封存简称CCUS（carbon capture, utilisation and storage），其涉及二氧化碳的捕集，通常来自大型点源，如发电或使用化石燃料/生物质作为燃料的工业设施。如果不在现场使用，捕集的二氧化碳将被压缩并通过管道、船舶、

什么是碳捕集、利用与封存？

碳捕集、利用与封存简称CCUS（carbon capture, utilisation and storage），其涉及二氧化碳的捕集，通常来自大型点源，如发电或使用化石燃料/生物质作为燃料的工业设施。如果不在现场使用，捕集的二氧化碳将被压缩并通过管道、船舶、铁路或卡车运输，应用于各种领域，或注入深层地质构造，如枯竭的油气藏或咸水层。

CCUS在清洁能源转型中的作用是什么？

CCUS可以改装到现有的电力和工业厂房中，使其能够继续运行，特别是水泥、钢铁或化工等重工业。CCUS是最低成本的低碳制氢推动者，可以支持能源系统其他部分的脱碳。CCUS可以从空气中去除二氧化碳，以平衡不可避免的或技术上难以减排的碳排放。

发展趋势

过去，CCUS的部署一直落后于预期，但近年来势头大幅增长，在整个CCUS价值链中，有500多个项目处于不同的发展阶段。然而，即使在这样的水平上，CCUS的部署仍远低于净零情景的目标。

追踪碳捕集、利用和封存

大约45个商业设施已处于运营阶段，将碳捕集、利用和储存（CCUS）应用于工业过程、燃料转化和发电。过去，CCUS的部署落后于预期，但近年来有大幅增长的势头，在整个CCUS价值链（图1）中，有700多个项目处于不同的发展阶段。2023年，宣布的2030年捕集容量增加了35%，而宣布的碳存储容量增加了70%。这使得2030年可以捕集的二氧化碳总量达到每年约4.35亿吨，二氧化碳的储存容量达到每年约615吨。虽然公告出的势头是积极的，但仍然只占到2050年（NZE）的净零排放情景中每年捕集和储存的约1亿吨二氧化碳的40%。

图1 CCUS链，CCUS过程中每个步骤的可视化概览

国际能源署（IEA）的《追踪清洁能源进展》（Tracking Clean Energy Progress, TCEP）评估了能源系统中50多个对清洁能源转型至关重要的组成部分的最新发展。评估的组成部分包括行业、分部门、技术、基础设施和跨领域战略等。

2023年的版本在跟踪的50多个组件中，有3个领域被评估为完全“符合”到2050年实现净零排放的情景轨迹——太阳能光伏、电动汽车和照明。太阳能光伏在本版本中进行了升级，因为2022年发电量的年增长率为26%，与净零情景下到2030年所需的平均复合年增长率保持一致。

在能源系统中已经具备清洁技术且成本正在迅速下降，但要全面过渡到净零排放，就需要在能源生产和使用的所有领域实现脱碳。为了将清洁技术推向市场，需要快速创新。虽然过去几年在创新方面取得了积极的进展，但为了尽快在这些领域部署新的低排放技术，还需要加快步伐。

不同地区和行业之间的转型也不尽相同。例如，2022年近95%的电动汽车销量来自中国、美国和欧洲。与此同时，运营和计划中近75%的碳捕集装备位于北美和欧洲。因此，评价一项技术在全球“步入正轨”并不意味着其在所有国家都在轨道上，相反，一项技术在全球“不在轨道上”，但可能在某些特定国家发展得更快。这需要加强国际合作和强有力的政策引导，特别是面向新兴市场和发展中经济体，以实现迅速推进。

国家和地区亮点

美国和欧洲为项目提供数十亿美元资金，而德国和日本在CCUS立法方面取得重大进展。

在CCUS领域取得显著进展的国家和地区包括：

1）美国宣布了2023年的重要机遇，预计将推动CCUS项目的发展，包括根据2021年《基础设施投资和就业法案》为碳捕集示范项目提供17亿美元，为直接空气捕集（direct air capture, DAC）中心提供12亿美元。

2）欧盟在最新一轮创新基金中向CCUS项目发放了约15亿美元，并在其“连接欧洲设施”计划下向二氧化碳运输和储存项目发放了超5亿美元。其他主要CCUS项目资金来自荷兰（73亿美元）和丹麦（12亿美元）。这促进了项目发展，包括荷兰首个运输和储存项目Porthos达成最终投资决定（final investment decision, FID），将于2027年开始向海上气田每年注入250万吨二氧化碳，而对于第一阶段（每年25千吨二氧化碳）的注入，意大利Ravenna碳捕集与封存（CCS, Carbon Capture and Storage）中心计划于2024年投入使用。此外，包括荷兰的氨和两个氢气设施在内的五个应用领域的捕集设施，以及丹麦的CCUS生物能源设施均已达成最终投资决定。

3）德国为重新加入CCUS发布了碳管理战略，该战略将CCUS视为实现该国2045年碳中和目标的关键。除了该战略外，政府还计划修改立法，允许对CCUS活动进行监管，包括海上二氧化碳储存。

4）日本正在迅速推进其CCUS工作，已选定七个大型项目，预计到2030年每年可捕集和封存约1300万吨二氧化碳。日本还在起草《碳捕集与封存商业法案》，该法案将为整个价值链中的CCUS建立法律框架，并提议修改《伦敦议定书》，允许跨境封存二氧化碳。

二氧化碳捕集

CCUS设施目前每年捕集超过5000万吨二氧化碳。

目前全球约有45个商业捕集设施投入运行，二氧化碳的年总捕集能力超过5000万吨。2023年将有近10个大型（捕集能力超过10万吨二氧化碳/年，直接空气捕集的应用能力超过1000吨二氧化碳/年）捕集设施投入运行，包括Blue Flint乙醇项目、Linde Clear Lake捕集设施、Heirloom和Global恒温器在美国的首批1000吨二氧化碳/年设施，以及中国的四个项目（集岭石化CCUS设施、中国海油恩平油田一期CCUS设施、广惠能源CCUS一体化项目和国家能源集团泰州电厂）。其中还包括美国Petra Nova电厂的捕集设施，该设施在停工3年后重新投入运营。

二氧化碳捕集设施计划正在全球范围内扩展

正在开发的二氧化碳捕集项目其地理分布多样化，目前有50多个国家正在开发此项目，如图2～图4所示。除了北美和欧洲，以下区域也取得了良好进展：

图2 2020—2030年，现有和计划中的大型二氧化碳捕集项目的产能与净零排放情景

注：NZE=2050年净零排放情景。包括捕集能力超过每年10万吨（直接空气捕集为每年1千吨）的大型项目。只要二氧化碳用于燃料、化学品、聚合物、建筑材料，或用于提高产量，就

包括用于二氧化碳的捕集项目。在计划中的CCUS工业中心内，只包括已确定的二氧化碳捕集项目（不包括未指定捕集源工业中心的全部潜在捕集能力）。

图3 各地区2024年第一季度运营中的与计划中的2030年二氧化碳捕集能力的对比

注：包括捕集能力超过每年10万吨（直接空气捕集为每年1千吨）的大型项目。只要二氧化碳用于燃料、化学品、聚合物、建筑材料或用于提高产量，就包括用于二氧化碳的捕集项目。在计划中的CCUS工业中心内，只包括已确定的二氧化碳捕集项目（不包括未指定捕集源工业中心的全部潜在捕集能力）。

图4 各应用领域2024年第一季度运营中的与计划中的2030年二氧化碳捕集能力的对比

注：包括捕集能力超过每年10万吨（直接空气捕集为每年1千吨）的大型项目。只要二氧化碳用于燃料、化学品、聚合物、建筑材料，或用于提高产量，就包括用于二氧化碳的捕集项目。在计划中的CCUS工业中心内，只包括已确定的二氧化碳捕集项目（不包括未指定捕集源工业中心的全部潜在捕集能力）。商业氢或氨不包括工业现场氢气生产（包括在其他工业或其他燃料转化中）。

1）亚太地区（包括中国）：2023年中国将有4项新的捕集设施投入运营，到2030年规划的捕集和储存能力将分别达到每年5000万吨二氧化碳和8500万吨二氧化碳。

2）中东地区，除了已经投入运营的三个项目外，该地区还有大约15个项目正在开发中。2023年，巴林和阿联酋宣布将建设两个二氧化碳运输和储存中心，阿布扎比国家石油公司已就Habshan-Bab天然气厂每年150万吨二氧化碳捕集设施的建设达成最终投资决定。

实现二氧化碳的高捕集率，满足净零排放系统的需要

更高的二氧化碳捕集率对于CCUS在向净零能耗系统过渡中发挥着至关重要的作用。目前运行配备CCUS的发电厂和工业厂旨在捕集烟气中约90%的二氧化碳。虽然对于最成熟的捕集技术来说，将捕集率提高到90%以上没有技术障碍，但达到98%或更高的捕集率需要更大的设备、更多的工艺步骤，同时每捕集一吨二氧化碳也需要更高的能耗，这会增加单位成本。然而，基于应用于发电厂化学吸收系统的初步成果十分显著突出，表明二氧化碳与部署90%捕集率的成本相比，可以以相对较低的额外边际成本实现高达99%的捕集率。

政策

政府重点关注CCUS的公共资金、战略信号和跨境合作。

公共资金：2023年，政府继续为CCUS提供资金，因为美国和欧洲正在进行的补贴计划为CCUS项目提供了超过200亿美元的资金。其中包括提供给碳捕集示范项目的17亿美元，以及根据美国《2021年基础设施投资和就业法案》承诺为DAC中心提供的12亿美元。在荷兰，SDE++计划为CCS项目拨款超过73亿美元，这些项目将连接到庞大的Aramis二氧化碳运输和储存网络。在丹麦，Ørsted从CCUS基金获得了12亿美元，用于Asnæs发电站的捕集改造项目。除了个别国家层面的资金外，欧盟委员会还在最新一轮创新基金下向工业部门的CCUS项目发放了约15亿美元的资金，并在其连接欧洲基金计划下向二氧化碳运输和储存项目发放了超过5亿美元的资金。

战略信号：随着人们重新认识到需要在CCUS方面共同做出更多的努力，2023年出现了重大新举措。碳管理挑战于2023年4月在主要经济体论坛上启动，联合呼吁各国政府加快部署CCUS技术。2024年初，巴林（Bahrain）成为该挑战的最新签署国，其中包括20个国家和欧盟委员会，部分国家还提出了支持CCUS的战略计划。例如，加拿大在2023年底完成了其碳管理战略，而欧盟委员会于2024年初发布了其工业碳管理战略，制定了一项全面的政策方针，旨在帮助欧盟在2030年之前实现至少5000万吨的产能，在2040年之前实现2.8亿吨的产能。包括法国和德国在内的其他欧洲国家也在同步制定本国的战略。

跨境合作：在一些地区，各国正在寻求在跨境CCUS项目上进行合作——北海（North Sea）就是一个例子，丹麦、比利时、荷兰和瑞典于2024年4月分别与挪威建立了跨境二氧化碳运输协议，从而使两国之间的二氧化碳运输和储存成为可能，瑞典和丹麦达成了类似的协议。2024年3月，丹麦和法国签署了类似的协议，此类交易是《伦敦议定书（London Protocol）》所要求的，该协议是一项规范二氧化碳跨境运输、用于海上封存的国际协议。日本正在积极推进《伦敦议定书》的修订，同时也在寻求其捕集二氧化碳的机会和出口，其七个政府支持的CCS项目中有两个旨在将二氧化碳从日本运往东南亚。为此，2023年9月，日本与马来西亚国家石油公司（PETRONAS）签署了一份关于二氧化碳跨境运输和储存的合作备忘录。

表1 部分国家能源战略政策索引