國際碳去九宮格時租捕集、利用與封存發展戰略與科技態勢分析_中國網
December 1, 2024|
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中國網/中國發展門戶網訊 碳捕集、利用與封存（CCUS）是指將CO2從工業過程、能源利用或大氣中分離出來，并輸送到適宜的場地加以封存和利用，最終實現CO2減排的技術手段，涉及CO2捕集、運輸、利用和封存等多個環節。聯合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）的第六次評估報告（AR6）指出，要實現巴黎協定溫控目標，需要利用CCUS技術實現累計千億噸的碳減排量。在碳中和目標下，CCUS是化石能源低碳利用、工業流程低碳再造的一項關鍵技術支撐，其延伸的直接空氣捕集（DAC）、生物質能碳捕集與封存（BECCS）技術則是實現大氣中殘余CO2去除的重要技術選擇。 美國、歐盟、英國、日本等國家和地區已將CCUS作為實現碳中和目標必不可少的一項減排技術，將其上升到國家戰略高度，并發布了一系列戰略規劃、路線圖和研發計劃。相關研究表明，在碳達峰、碳中和（以下簡稱“雙碳”）目標下，到2025年中國主要行業對利用CCUS技術實現CO2減排的需求約為0.24億噸/年，到2030年約為1億噸/年，到2040年約為10億噸/年，到2050年將超過20億噸/年，到2060年約為23.5億噸/年。因此，發展CCUS將對我國實現“雙碳”小班教學目標具有重要的戰略意義。本文將全面分析國際CCUS領域的重大戰略部署及技術發展態勢，以期為我國CCUS發展和技術研發提供參考。 主要國家和地區CCUS發展戰略 美國、歐盟、英國、日本等國家和地區長期投入資金支持CCUS技術研發和示范項目建設，近年來更是積極推進CCUS商業化進程，并根據自身資源稟賦和經濟基礎，形成了各有側重的戰略取向。 美國持續資助CCUS研發和示范，不斷推進CCUS技術多元化發展 自1997年以來，美國能源部（DOE）持續資助CCUS的研發和示范。2007年，美國能源部制定了CCUS研發與示范計劃，包括CO2捕集、運輸與封存、轉化利用三大領域。2021年，美國能源部將其中的CO2捕集計劃修改為點源碳捕集（PSC）計劃，并增加CO2去除（CDR）計劃，CDR計劃旨在推動DAC、BECCS等碳去除技術發展，同時部署“負碳攻關計劃”以推進碳去除領域關鍵技術創新，目標是到2050年，實現從大氣中去除數十億噸CO2，CO2捕集和封存成本低于100美元/噸。自此，美國CCUS研發重點進一步延伸到DAC、BECCS等碳去除技術，CCUS技術體系更加多元化。2022年5月，美國能源部宣布啟動35億美元的“區域直接空氣捕集中心”計劃，將支持4個大型區域直接空氣捕集中心建設，旨在加速商業化進程。 2021年，美國更新了CCUS研究計劃資助方向，新的研究領域和重點攻關方向包括：點源碳捕集技術的研究重點包括開發先進碳捕集溶劑（如貧水溶劑、相變溶劑、高性能功能化溶劑等），高選擇性、高吸附性和抗氧化的低成本耐用吸附劑，低成本耐用的膜分離技術（聚合物膜、混合基質膜、亞環境溫度膜等），混合系統（吸附-膜系統等），以及低溫分離等其他創新技術；CO2轉化利用技術的研究重點是開發將CO2轉化制燃料、化學品、農產品、動物飼料和建筑材料等增值產品的新設備和工藝； CO2運輸與封存技術的研究重點是開發先進安全可靠的CO2運輸和封存技術；教學DAC技術的研究重點是開發能夠提高CO2去除量并提高能效的工藝和捕集材料，包括先進溶劑、低成本耐用膜分離技術和電化學方法等；BECCS的研究重點是開發微藻的大規模培養、運輸和加工技術，并減少對水和土地的需求，以及CO2去除量的監測與核查等。 歐盟及其成員國將CCUS上升到國家戰略高度，多個大型基金資助CCUS研發與示范 2024年2月6日，歐盟委員會通過了《工業碳管理戰略》，旨在擴大CCUS部署規模，并實現商業化，并提出三大發展階段：到2030年，每年至少封存5000萬噸的CO2，以及建設由管道、船舶、鐵路和公路組成的相關運輸基礎設施；到2040年，大多數地區的碳價值鏈具有經濟可行性，CO2成為歐盟單一市場內封存或利用的可交易商品，所捕集的CO2中有1/3比例可以被利用；2040年后，工業碳管理應成為歐盟經濟體系的一個組成部分。 法國于2024年7月4日發布《法國CCUS部署現狀和前景》，提出了3個發展階段：2025—2030年，部署2—4個CCUS中心，實現每年400萬—800萬噸CO2的捕集量；2030—2040年，每年實現1 200萬— 2 000萬噸CO2捕集量；2040—2050年，每年實現3 000萬—5 000萬噸CO2捕集量。2024年2月26日，德國聯邦經濟事務和氣候行動部（BMWK）發布《碳管理戰略要點》和基于該戰略的修訂版《碳封存法案草案》，提出將致力于消除CCUS技術障礙，推動CCUS技術發展，并加速基礎設施建設。“地平線歐洲”“創新基金”“連接歐洲設施”等計劃為促進CCUS發展提供了資金支持，資助重點包括：先進碳捕集技術（固體吸附劑、陶瓷和聚合物分離膜、鈣循環、化學鏈燃燒等），CO2轉化制燃料和化學品、水泥等工業示范，CO2封存場地開發等。 英國以CCUS集群建設方式發展CCUS技術 英國將建設CCUS產業集群作為推動CCUS快速發展和部署的重要手段。英國《凈零戰略》提出，到2030年將投資10億英鎊與工業界合作建設4個CCUS產業集群。2023年12月20日，英國發布《CCUS：建立競爭性市場愿景》，旨在成為CCUS全球領導者，并提出CCUS三大發展階段：2030年前積極創建CCUS市場，到2030年每年捕集2 000萬—3 000萬噸CO2當量； 2030—2035年，積極建立商業競爭市場，實現市場轉型；2035—2050年，構建自給自足的CCUS市場。 為加快CCUS商業部署，英國《凈零研究與創新框架》制定了CCUS和溫室氣體去除技術研發重點和創新需求：推進高效低成本的點源碳捕集技術研發，包括燃燒前捕集的先進重整技術、新型溶劑和吸附工藝的燃燒后捕集、低成本富氧燃燒技術，以及鈣循環等其他先進低成本碳捕集技術；提高效率并減少能源需求的DAC技術；高效且具有經濟性的生物質氣化技術研發與示范、生物質供應鏈優化，以及通過BECCS與燃燒、氣化、厭氧消化等其他技術的耦合以促進BECCS在發電、供熱、可持續運輸燃料或氫氣生產領域的應用，同時充分評估這些方法對環境的影響；高效低成本CO2運輸和封存的共享基礎設施的建設；開展地質封存的建模、模擬、評估和監測技術與方法，開發枯竭油氣儲層封存技術和方法，使海上CO2封存成為可能；開發CO2轉化制長壽命產品、合成燃料和化學品的CO2利用技術。 日本致力于打造具有競爭力的碳循環產業 日本《2050年實現碳中和的綠色增長戰略》將碳循環產業列為實現碳中和目標的十四大產業之一，提出CO2轉化制燃料和化學品、CO2礦化養護混凝土、高效低成本分離與捕集技術，以及DAC技術是未來的重點任務，并提出了明確發展目標：到2030年，低壓CO2捕集的成本為2 000日元/噸CO2、高壓CO2捕集的成本為1 000日元/噸CO2、基于藻類的CO2轉化制生物燃料成本為100日元/升；到2050年，直接空氣捕集的成本為2 000日元/噸CO2、基于人工光合作用的CO2制化學品的成本為100日元/千克。為進一步加速碳循環技術發展并發揮實現碳中和的關鍵戰略作用，日本于2021年修訂了《碳循環利用技術路線圖》，并陸續發布了“綠色創新基金”框架下的CO2轉化利用制塑料、燃料、混凝土，以及CO2生物制造、CO2分離回收等5個專項研發與社會實施計劃。這些專項研發計劃的重點包括：用于CO2捕集的低能耗創新材料和技術開發與示范；CO2轉化制運輸用合成燃料、可持續航空燃料、甲烷及綠色液化石油氣；CO2轉化制聚氨酯、聚碳酸酯等功能性塑料；CO2生物轉化利用技術；創新碳負性混凝土材料等。 碳捕集、利用與封存技術領域發展態勢 全球CCUS技術研發格局 基于Web of