閱讀提示

3月9日~10日，2023（第二屆）二氧化碳減排與資源化利用技術(shù)先鋒論壇在成都舉辦。論壇由中國石油和化工聯(lián)合會主辦，兩院院士、業(yè)界專家、高校學(xué)者就我國CCUS（二氧化碳捕集、利用與封存）產(chǎn)業(yè)發(fā)展進行深入探討，認為從二氧化碳捕集到物理、化學(xué)和生物利用直至封存的最大制約因素是成本，必須加強科技創(chuàng)新，開發(fā)更高效、更低成本的二氧化碳捕集技術(shù)與利用技術(shù)，加快建立CCUS產(chǎn)業(yè)體系。石化行業(yè)是我國國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)，也是主要碳排放源，“結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型+碳減排”是石化行業(yè)發(fā)展的重點及難點，面向不遠的將來，石化產(chǎn)品將多一個“屬性”——碳標簽。

本版文字由本報記者 程 強 整理

CCUS是碳中和必不可少的技術(shù)選擇

專家一致認為：依賴傳統(tǒng)減排路徑無法實現(xiàn)碳減排目標，而CCUS是目前實現(xiàn)化石能源零碳利用的唯一途徑，是碳中和必不可少的技術(shù)選擇。

聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）預(yù)測，2030年和2050年CCUS減排量分別為1億~4億噸和30億~68億噸。國際能源署（IEA）預(yù)測，全球于2070年實現(xiàn)凈零排放，CCUS是第四大貢獻技術(shù)，占累計減排量的15%。國際可再生能源署（IRENA）預(yù)測，2050~2060年實現(xiàn)凈零排放，2050年CCUS將貢獻約6%，即27.9億噸/年的減排量。而據(jù)相關(guān)機構(gòu)預(yù)測，到2050年，CCUS對我國減排貢獻將達到10億噸/年的量級，占比10%~15%。

同時，全球氣候投融資快速增長。據(jù)相關(guān)機構(gòu)數(shù)據(jù)，2021年全球能源轉(zhuǎn)型投資總額達7550億美元（2020年為5013億美元），中國投資是美國的2.3倍；2021年全球綠色債券發(fā)行規(guī)模6210億美元（2020年為2970億美元），美國第一，中國第三；2021年全球碳市場交易總額約7594億歐元（2022年為2878億歐元），中國位列歐盟、北美、英國、新西蘭之后。

世界各國均加快推進CCUS項目。全球首個燃煤電廠百萬噸級二氧化碳捕集與封存工程——加拿大邊界大壩項目自2014年底運行以來，已累計捕集二氧化碳415萬噸，純度99%，主要用于強化采油和地質(zhì)封存。

全球最大燃煤電廠二氧化碳捕集與驅(qū)油封存商業(yè)化工程——美國佩特拉諾瓦項目2016年12月正式啟動商業(yè)運行，每噸二氧化碳捕集能耗約2.4吉焦，綜合成本在55~60美元。

全球首個百萬噸級吸附法二氧化碳捕集與封存商業(yè)化工程——美國阿瑟港項目2013年初開始商業(yè)運行，每噸二氧化碳捕集能耗約2.5吉焦，捕集后用于提高石油采收率。

全球首個百萬噸級生物質(zhì)碳捕集封存（BECCS）商業(yè)項目——美國伊利諾斯乙醇廠捕集封存項目，將乙醇廠生產(chǎn)的二氧化碳捕集后進行地質(zhì)封存。

全球首個垃圾發(fā)電碳捕集封存工程——挪威富海垃圾電廠項目計劃2026年建成投運。

全球首個運行的直接空氣碳捕集與封存（DACCS）項目——瑞士空氣技術(shù)企業(yè)“氣候工廠”和冰島碳封存技術(shù)公司合作的空氣碳捕集與封存項目，將從空氣中捕集到的二氧化碳與水混合，泵入地下1000米深處，在數(shù)年內(nèi)會變成石頭。

全球首個百萬噸級DACCS項目——加拿大空氣碳捕集封存項目，設(shè)計每噸二氧化碳的捕集能耗為8.81吉焦。

目前，全球CCUS減排量超4000萬噸/年，我國占比低于5%。我國也已建成約40個CCUS示范項目，年碳捕集能力超300萬噸，設(shè)計和在建CCUS工程呈現(xiàn)規(guī)模化、全流程、產(chǎn)業(yè)集群化趨勢。

國家能源集團錦界電廠15萬噸/年CCUS示范工程，是國內(nèi)已投運最大的燃煤電廠燃燒后捕集示范工程，每噸二氧化碳捕集能耗為2.35吉焦，綜合成本在250~300元。在泰州電廠建設(shè)50萬噸/年CCUS示范工程，設(shè)計每噸二氧化碳捕集能耗小于2.4吉焦，完全成本低于250元。

中國華能建立了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的煙氣二氧化碳捕集理論和成套技術(shù)體系，目前正在華能隴東能源基地建設(shè)世界最大燃煤電廠CCS項目，年捕集150萬噸，利用3700米深的咸水層封存。

延長石油建成30萬噸/年CCUS示范工程，由于煤化工排放二氧化碳濃度高（78%~98%），每噸二氧化碳捕集能耗僅1.37吉焦，成本僅105元。目前，已完成500萬噸/年CCUS項目總體規(guī)劃編制。

中國石化建成我國首個百萬噸級齊魯石化-勝利油田CCUS項目，示范區(qū)動用儲量2500多萬噸，預(yù)計15年累計注氣超千萬噸、累計增油近300萬噸，提高采收率11.6個百分點。中國石化還形成陸相頁巖油二氧化碳前置壓裂技術(shù)，增強壓裂效果，補充地層能量，提高單井最終采出量，已在勝利濟陽頁巖油等全面應(yīng)用，多口井初期日產(chǎn)油超百噸，正建設(shè)陸相頁巖油國家級示范區(qū)。

中國科學(xué)院上海高等研究院研究員孫楠楠說，在碳中和全新情景下，CCUS整體定位發(fā)生深刻變化，它是目前實現(xiàn)大規(guī)模化石能源零排放利用的唯一選擇，是保持電力靈活性的主要手段，是鋼鐵、有色、化工、水泥等難減排行業(yè)的必要方案，是非化石能源“碳元素”獲取和循環(huán)利用的主要手段，與新能源等耦合的負排放技術(shù)是實現(xiàn)碳中和目標的托底保障。

中國工程院院士李陽說，國外提出的是CCS，我國于2010年提出CCUS，就是強調(diào)碳的資源化利用，通過利用實現(xiàn)減排增匯，并與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)、新興產(chǎn)業(yè)耦合，重塑工業(yè)流程，形成新興產(chǎn)業(yè)。CCUS產(chǎn)業(yè)鏈包括捕集、輸送管網(wǎng)、能源化工、工業(yè)氣體、儲存等，產(chǎn)業(yè)鏈復(fù)雜，運營周期長，投資大。

當(dāng)前，我國CCUS產(chǎn)業(yè)發(fā)展的困境是規(guī)模較小、建設(shè)和運營成本高昂，受制于消納利用場景，全產(chǎn)業(yè)技術(shù)鏈有待升級。更重要的是，推動CCUS商業(yè)化運行，需要多種政策激勵，政策直接影響CCUS成本。如美國45Q法案規(guī)定，應(yīng)用CCUS的企業(yè)享受減稅35~50美元/噸二氧化碳。

因此，多位專家建議：國家層面應(yīng)制定激勵政策、加大激勵力度，同時，開展CCUS標準體系建設(shè)，構(gòu)建CCUS技術(shù)體系，開展CCUS減排量核算方法學(xué)研究，推進能源核心區(qū)CCUS產(chǎn)業(yè)化集群建設(shè)。

結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型+碳減排”是石化行業(yè)發(fā)展的重點及難點

中國石化石科院建成    石化產(chǎn)品碳足跡數(shù)據(jù)庫

石油和化學(xué)工業(yè)是我國國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)，行業(yè)總產(chǎn)值居世界第二，僅次于美國， 2022年，全行業(yè)實現(xiàn)營業(yè)收入16.56萬億元，占全國規(guī)模以上工業(yè)企業(yè)主營收入12%。同時，石油和化學(xué)工業(yè)是我國主要的碳排放來源，2020年行業(yè)碳排放總量約13.5億噸，占我國工業(yè)排放量的21%、全國碳排放總量的14%。

石化行業(yè)碳排放集中度較高，油品、乙烯、甲醇、合成氨、電石、燒堿等產(chǎn)品碳排放量合計占全行業(yè)的2/3以上。

中國中化副總經(jīng)理張方表示，石化行業(yè)特點決定了其既是能源資源的消耗者，也是創(chuàng)造者；既是碳的排放者，也是利用者。碳是石化化工行業(yè)最重要的物質(zhì)和能源基礎(chǔ)，化學(xué)品中碳元素質(zhì)量占比達60%以上，且在相當(dāng)長時間內(nèi)，碳基能源仍將是企業(yè)的主要能量來源。

我國石化行業(yè)零碳轉(zhuǎn)型主要挑戰(zhàn)有三方面：從需求端看，行業(yè)仍處于上升期，化工產(chǎn)品總需求整體仍將不斷增加；從供給端看，中國化工生產(chǎn)對煤依賴度高，而與煤相關(guān)的碳強度大大高于其他原料；中國化工生產(chǎn)相關(guān)資產(chǎn)仍偏年輕化，快速轉(zhuǎn)型可能帶來的擱淺資產(chǎn)風(fēng)險更高。

石化行業(yè)碳排放主要來源于能源利用和工業(yè)排放，能效提升及能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型、產(chǎn)業(yè)升級、二氧化碳的化工利用等是減排重要途徑。

中國石化石油化工科學(xué)研究院低碳經(jīng)濟研究中心副主任吳昊說，新發(fā)展階段，“結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型+碳減排”是石化行業(yè)發(fā)展的重點及難點，但面臨減排時間緊、制約因素多、數(shù)據(jù)基礎(chǔ)弱、轉(zhuǎn)型碳排放高等挑戰(zhàn)。

優(yōu)良的總流程基因是煉廠碳減排的重要因素，在相同的化工品收率下，方案優(yōu)化后總碳減排在30%左右；在不同總流程下，化工品碳強度相差60%以上，低碳強度化工品在未來低碳產(chǎn)業(yè)鏈構(gòu)建中將具有顯著競爭力。

因此，面向不遠的將來，石化產(chǎn)品將多一個“性質(zhì)”——碳標簽。目前，已有英國、美國、法國、德國及日本等多個國家建立了“碳標簽”認證制度，鼓勵各公司自愿推出產(chǎn)品碳標簽，引導(dǎo)消費者支持同類產(chǎn)品中的低碳產(chǎn)品。

為此，中國石化石油化工科學(xué)研究院建立了石化行業(yè)“雙碳”平臺，碳足跡數(shù)據(jù)庫涵蓋40+家煉廠、400+套裝置、150+種中間物料、100+種最終產(chǎn)品、1600+碳排放數(shù)據(jù)；建立了煉廠資源與碳排放優(yōu)化系統(tǒng)與產(chǎn)品碳足跡管理系統(tǒng)；面向碳減排及碳足跡的源頭低碳、過程降碳、末端治理三類低碳技術(shù)。

源頭低碳方面，典型技術(shù)有廢塑料化學(xué)循環(huán)技術(shù)和生物航煤技術(shù)。中國每年有9000萬噸新生塑料，碳排放約1.8億噸，如果按照20%為再生塑料計算，可減排二氧化碳1800萬噸。廢塑料化學(xué)循環(huán)是降低聚烯烴碳足跡的重要途徑，將發(fā)揮“碳標簽”重大資產(chǎn)價值。另外，采用餐飲廢油生產(chǎn)生物液體燃料全生命周期碳排放比石油基產(chǎn)品低80%左右。

過程降碳方面，對于千萬噸級煉廠來說，應(yīng)用換熱網(wǎng)絡(luò)集成優(yōu)化技術(shù)，可減少碳排放2萬~5萬噸/年，能效提升1~3千克標準油/噸，增效1500萬~3000萬元/年；應(yīng)用蒸汽動力系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)，可實現(xiàn)節(jié)能13~19千克標準油/噸蒸汽，減少碳排放2.5萬~6萬噸/年；應(yīng)用低溫余熱高效利用技術(shù)，在提高低溫?zé)峄厥绽寐?0%的情況下，可減少碳排放4萬噸/年；應(yīng)用氫氣資源高效利用技術(shù)，可實現(xiàn)碳減排2萬~3萬噸/年。此外，還有分離系統(tǒng)智能優(yōu)化、低碳排放的催化裂化、組分煉油實現(xiàn)流程再造等技術(shù)可實現(xiàn)碳減排。

末端治理方面，除各機構(gòu)都在研究的二氧化碳加氫制甲醇技術(shù)外，二氧化碳加氫直接制備噴氣燃料是一項顛覆性戰(zhàn)略技術(shù)，相比石油基航煤，每噸航煤全生命周期碳減排近3噸，國際能源署預(yù)測2050年全球航煤需求6.49億噸，即使實現(xiàn)20%的替代，全球每年碳減排仍在近4億噸。

石化企業(yè)所在的工業(yè)園區(qū)，則是降碳減污的主戰(zhàn)場。據(jù)中國工程院院士賀克斌團隊的調(diào)研，全國國家級省級園區(qū)數(shù)量2543個，50%的工業(yè)企業(yè)集中在園區(qū)，園區(qū)產(chǎn)值占全國比例50%，園區(qū)碳排放占全國31%。

工業(yè)園區(qū)復(fù)雜性體現(xiàn)在：多空間多系統(tǒng)疊加，多利益相關(guān)方集中；多樣化物質(zhì)能量流動過程；系統(tǒng)優(yōu)化需統(tǒng)籌供應(yīng)鏈、產(chǎn)業(yè)鏈、價值鏈。該團隊認為：中國工業(yè)園區(qū)碳排放脫鉤路徑是資源增效減排、工業(yè)過程減排、結(jié)構(gòu)調(diào)整減排。

張方指出，石化行業(yè)與其他產(chǎn)業(yè)交叉度高，超過96%的工業(yè)過程直接涉及化工品，下游應(yīng)用包括汽車、醫(yī)療、電子及快消品等，加之“雙碳”政策推動新能源、綠色建筑等領(lǐng)域快速發(fā)展，催生化工新材料業(yè)務(wù)大量新的發(fā)展機會，因此，通過創(chuàng)新技術(shù)，石化企業(yè)除了自身減碳，還可以通過化工方案促進其他產(chǎn)業(yè)鏈低碳轉(zhuǎn)型。

如制造輕量化內(nèi)外飾材料及非化石替代能源減少交通碳排放，其中，碳纖維增強塑料替代金屬可使汽車減重30%~60%，降低汽車24%~48%的碳排放。再如，通過制造保溫材料減少建筑熱損耗，新型保溫材料可降低建筑運行碳排放10%以上。

燃煤電廠煙氣二氧化碳捕集技術(shù)

胺溶液吸收法

已有工業(yè)化示范裝置

原理：利用二氧化碳與堿性溶液之間的化學(xué)反應(yīng)，將二氧化碳從煙氣中分離出來

優(yōu)點：二氧化碳吸收能力強、速率高，得到的二氧化碳純度高，技術(shù)成熟

缺點：成本高，溶液再生能耗大

膜分離法

實驗室研究階段

原理：利用各種氣體在不同膜材料中滲透速率的差異來實現(xiàn)分離

優(yōu)點：對設(shè)備要求低，無須耐高溫高壓的設(shè)備，能耗低，可連續(xù)操作

缺點：膜成本高、壽命短、可靠性差

固體吸附法

一種非常有潛力的低成本二氧化碳捕集技術(shù)

原理：利用固體吸附劑與混合氣中二氧化碳的選擇性可逆吸附作用，來分離回收二氧化碳

優(yōu)點：對設(shè)備腐蝕性小、吸附劑再生能耗低、節(jié)能效果明顯

難點：開發(fā)選擇理想的吸附劑