※ 作為實(shí)現(xiàn)碳中和的戰(zhàn)略性“托底”技術(shù)，國(guó)家在CCUS領(lǐng)域發(fā)展新質(zhì)生產(chǎn)力的政策導(dǎo)向愈發(fā)清晰
※ 源匯匹配，即將二氧化碳排放源與封存場(chǎng)地進(jìn)行空間匹配，是CCUS系統(tǒng)的核心環(huán)節(jié)，也是CCUS技術(shù)商業(yè)化發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，目前源匯匹配模型在系統(tǒng)內(nèi)部子系統(tǒng)交互性、政策與技術(shù)進(jìn)步影響考量上存在不足，未來需引入更多現(xiàn)實(shí)約束與優(yōu)化思維，進(jìn)一步強(qiáng)化模型的綜合決策能力
※ 二氧化碳捕集是CCUS的首要環(huán)節(jié)及能耗和成本主要來源，物理吸收法、吸附法、膜分離法、低溫法四大技術(shù)各有特點(diǎn)但均面臨技術(shù)難題，未來需與新能源、大氣污染物協(xié)同控制、碳交易等領(lǐng)域相結(jié)合
※ 二氧化碳化工利用技術(shù)在CCUS體系中居于核心位置，通過將捕集的二氧化碳轉(zhuǎn)化為甲醇、聚碳酸酯等高附加值化學(xué)品，該技術(shù)可以打造“以廢為材”的循環(huán)經(jīng)濟(jì)。著眼未來，石化行業(yè)需構(gòu)建“捕集—轉(zhuǎn)化—應(yīng)用”產(chǎn)業(yè)閉環(huán)，推動(dòng)二氧化碳從“成本負(fù)擔(dān)”向“碳資產(chǎn)”轉(zhuǎn)型
※ 二氧化碳生物利用技術(shù)通過生物轉(zhuǎn)化實(shí)現(xiàn)碳循環(huán)，具有負(fù)碳潛力大、原料適應(yīng)性強(qiáng)、產(chǎn)品多元化等優(yōu)點(diǎn)。著眼未來，石化行業(yè)需推動(dòng)“二氧化碳—生物質(zhì)—能源”三角循環(huán)，助推生物利用成為碳中和重要路徑
CCUS（全稱Carbon Capture Utilization and Storage）是通過分離工業(yè)排放的二氧化碳并進(jìn)行封存或利用的技術(shù)體系，包含捕集、利用與封存三個(gè)核心環(huán)節(jié)。作為實(shí)現(xiàn)碳中和的戰(zhàn)略性“托底” 技術(shù)，國(guó)家在CCUS領(lǐng)域發(fā)展新質(zhì)生產(chǎn)力的政策導(dǎo)向愈發(fā)清晰。國(guó)務(wù)院發(fā)布的《2030年前碳達(dá)峰行動(dòng)方案》中，CCUS被明確為綠色低碳科技創(chuàng)新的重要內(nèi)容，提出“加快CCUS技術(shù)研發(fā)與示范”。國(guó)家能源局發(fā)布的《“十四五”能源領(lǐng)域科技創(chuàng)新規(guī)劃》中，CCUS被列為重點(diǎn)攻關(guān)方向。
當(dāng)前，CCUS在石化行業(yè)已進(jìn)入示范應(yīng)用階段，是石化行業(yè)綠色轉(zhuǎn)型關(guān)鍵技術(shù)。石化行業(yè)需在國(guó)家政策導(dǎo)向、產(chǎn)業(yè)化機(jī)制建設(shè)、標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范制定、關(guān)鍵核心技術(shù)研發(fā)等方面協(xié)同發(fā)力，共同支撐CCUS產(chǎn)業(yè)升級(jí)。
源匯匹配是CCUS技術(shù)商業(yè)化發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)
CCUS源匯匹配是指將二氧化碳排放源與封存場(chǎng)地進(jìn)行空間匹配。作為CCUS系統(tǒng)的核心環(huán)節(jié)，優(yōu)化源匯匹配對(duì)于推動(dòng)技術(shù)走向規(guī)模化、商業(yè)化具有重要意義。通過構(gòu)建全生命周期、全流程的源匯匹配模型，不僅可以實(shí)現(xiàn)碳源與碳匯的高效耦合，降低系統(tǒng)整體成本，還能夠提升碳減排部署的科學(xué)性和系統(tǒng)性，支撐區(qū)域乃至國(guó)家層面的碳減排網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃。
CCUS源匯匹配主要需考慮排放源和封存場(chǎng)地的地理位置關(guān)系和環(huán)境適宜性，將二氧化碳排放源（如煉油廠、煤化工、鋼鐵等）和地下封存庫(kù)（油氣藏、深層含水層等）在空間、時(shí)間上進(jìn)行最優(yōu)“配對(duì)”， 使得捕集—運(yùn)輸—封存的整體成本最低、碳減排量最大，并滿足技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、政策等約束條件。
目前，針對(duì)源匯匹配的研究主要集中在兩類建模方法：一類是基于靜態(tài)條件的碳輸送網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化，旨在給定邊界條件下尋找一次性最優(yōu)方案；另一類是基于多階段時(shí)間序列變化的動(dòng)態(tài)優(yōu)化方法，主要通過建立動(dòng)態(tài)規(guī)劃（DP）模型實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)演化路徑的最優(yōu)設(shè)計(jì)。
由于CCUS成本高、技術(shù)復(fù)雜性強(qiáng)，以及排放源與封存點(diǎn)地理分散，現(xiàn)有源匯匹配模型在CCUS系統(tǒng)內(nèi)部子系統(tǒng)的交互性和復(fù)雜性還存在進(jìn)步空間，相關(guān)政策變化和技術(shù)進(jìn)步對(duì)于源匯匹配成本的影響未充分納入考量，限制了源匯匹配模型的準(zhǔn)確性和實(shí)用性。
未來CCUS源匯匹配亟須引入更多現(xiàn)實(shí)約束與優(yōu)化思維，進(jìn)一步強(qiáng)化模型的綜合決策能力，重點(diǎn)方向包括引入實(shí)際地理信息、納入“雙碳”目標(biāo)約束及系統(tǒng)性分析政策驅(qū)動(dòng)因素等，從而構(gòu)建起更加科學(xué)合理、經(jīng)濟(jì)可行的匹配方案，為CCUS系統(tǒng)的規(guī)模化部署和低碳發(fā)展戰(zhàn)略提供支撐。
二氧化碳捕集技術(shù)的四大技術(shù)方向各有所長(zhǎng)，面臨不同的技術(shù)難點(diǎn)和挑戰(zhàn)
二氧化碳捕集既是CCUS的首要環(huán)節(jié)，也是CCUS流程中能耗和成本主要來源。目前，二氧化碳捕集主要有物理吸收法、吸附法、膜分離法、低溫法四種技術(shù)，均有不同的特點(diǎn)，面臨不同的技術(shù)難點(diǎn)和挑戰(zhàn)。
物理吸收法：利用醇胺、甲醇等液體吸收二氧化碳。中石化南京化工研究院有限公司的NCMA法脫碳技術(shù)和專利溶劑，可以將天然氣中的二氧化碳由20%左右降到3%以下，已用于松南氣田、勝利電廠等低壓或烴類氣源示范工程，但其高能耗、高腐蝕性的問題尚需解決。
吸附法：依靠固體劑變壓或變溫吸附二氧化碳，優(yōu)點(diǎn)是無溶劑相變、能耗低，目前已有多個(gè)大型工業(yè)化吸附裝置投入應(yīng)用，如山東東營(yíng)港城熱力公司的精餾裝置，但是仍面臨吸附劑的循環(huán)容量不夠與制備成本過高的問題。
膜分離法：依據(jù)分子透過速率差實(shí)現(xiàn)二氧化碳的分離，占地小、前景廣，中國(guó)石化、中國(guó)海油等還有多個(gè)示范項(xiàng)目投運(yùn)，但在當(dāng)前技術(shù)體系下，由于同時(shí)具備高滲透性與高選擇性兼具長(zhǎng)使用壽命且成本低廉的膜材料仍存在缺位，因此還需配套開發(fā)高效的多級(jí)分離工藝以彌補(bǔ)這一短板。
低溫法：主要針對(duì)二氧化碳濃度大于等于80%的高濃度氣源二氧化碳回收。目前國(guó)內(nèi)低溫法已處于商用推廣階段，在中國(guó)石化齊魯石化—?jiǎng)倮吞顲CUS項(xiàng)目中，齊魯石化化工廠提純的二氧化碳經(jīng)管道輸送至勝利油田用于驅(qū)油。但低溫法仍需進(jìn)一步降低設(shè)備投資成本，并充分利用余熱余冷資源。
石化行業(yè)具有碳源成分復(fù)雜、組分濃度范圍大的特點(diǎn)。對(duì)于吸收法碳捕集技術(shù)，開發(fā)新型高效低能耗吸收劑、降低運(yùn)行過程能耗、降低投資成本，以及解決有機(jī)胺降解、污染物排放和水平衡等長(zhǎng)周期運(yùn)行問題是亟須解決的技術(shù)難題。
著眼未來，碳捕集技術(shù)還需與新能源、大氣污染物協(xié)同控制、碳交易等領(lǐng)域相結(jié)合，以更好地發(fā)揮CCUS在石化行業(yè)碳減排中的作用。
二氧化碳驅(qū)油封存技術(shù)前景光明，是現(xiàn)階段石化行業(yè)最現(xiàn)實(shí)有效的減排利用途徑
碳捕集、利用與封存—提高石油采收率（CCUS—EOR）技術(shù)可大大提高油田采收率/增加產(chǎn)量，同時(shí)大量埋存二氧化碳，實(shí)現(xiàn)增油、埋碳、增效等多重功能，是目前階段石化行業(yè)最現(xiàn)實(shí)有效的二氧化碳減排利用途徑。
截至2023年，全球運(yùn)行的二氧化碳捕集封存項(xiàng)目共計(jì)43個(gè)，年二氧化碳封存能力6481萬噸，其中29個(gè)為CCER—EOR項(xiàng)目，年封存能力5348萬噸，占比83%。
2021年，我國(guó)首個(gè)二氧化碳捕集、利用與封存技術(shù)全流程國(guó)家級(jí)示范工程在吉林油田成功建成，為我國(guó)二氧化碳驅(qū)油技術(shù)的工業(yè)化推廣應(yīng)用打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，為石化行業(yè)展示了二氧化碳驅(qū)油技術(shù)的廣闊應(yīng)用前景。2022年，中國(guó)石化齊魯石化—?jiǎng)倮吞顲CUS項(xiàng)目正式運(yùn)行，標(biāo)志著我國(guó)二氧化碳驅(qū)油產(chǎn)業(yè)邁入百萬噸級(jí)新階段。
盡管國(guó)內(nèi)大部分二氧化碳驅(qū)油試驗(yàn)項(xiàng)目已達(dá)到工業(yè)示范水平，但與“雙碳”目標(biāo)的減排需求仍有巨大差距。特別是由于二氧化碳捕集和運(yùn)輸成本高昂及埋存風(fēng)險(xiǎn)等問題，我國(guó)二氧化碳驅(qū)油技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用大多還處在室內(nèi)試驗(yàn)和礦場(chǎng)試驗(yàn)階段，規(guī)模性的推廣應(yīng)用還需要時(shí)間。
二氧化碳化工利用技術(shù)是石化行業(yè)實(shí)現(xiàn)“原料替代”與“過程脫碳”的核心抓手
二氧化碳化工利用技術(shù)在CCUS體系中居于核心位置，通過將捕集的二氧化碳轉(zhuǎn)化為甲醇、聚碳酸酯等高附加值化學(xué)品，該技術(shù)可以打造“以廢為材”的循環(huán)經(jīng)濟(jì)。憑借石化行業(yè)現(xiàn)有裝置和供應(yīng)鏈，二氧化碳化工利用技術(shù)可快速產(chǎn)業(yè)化，提高生產(chǎn)效率、降低成本，成為石化行業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展和碳中和目標(biāo)的重要途徑。
目前，主流的二氧化碳化工利用技術(shù)路線有以下幾種：
加氫轉(zhuǎn)化：已實(shí)現(xiàn)工業(yè)化規(guī)模應(yīng)用，如冰島10萬噸/年甲醇項(xiàng)目，是目前最成熟的化工利用途徑。
環(huán)氧化物共聚：利用二氧化碳合成可降解聚合物和高值有機(jī)碳酸酯，已在江蘇形成萬噸級(jí)產(chǎn)能。
礦化利用：通過固廢或混凝土實(shí)現(xiàn)二氧化碳永久封存，目前示范項(xiàng)目已在山西、浙江落地。
電化學(xué)/光催化：代表零碳化工的前沿方向，實(shí)驗(yàn)室效率已接近工業(yè)化門檻，未來有望與可再生能源深度耦合。當(dāng)前主流技術(shù)成本較高，預(yù)計(jì)到2030年目標(biāo)成本有所下降，但目前依舊面臨能源與氫源依賴、催化劑壽命短、系統(tǒng)集成難度大等挑戰(zhàn)。
作為石化行業(yè)實(shí)現(xiàn)“原料替代”與“過程脫碳”的核心抓手，二氧化碳制甲醇、礦化建材等二氧化碳化工利用技術(shù)已具備商業(yè)化條件，而電催化、光催化等前沿技術(shù)需進(jìn)一步突破效率“瓶頸”。中石化石油化工科學(xué)研究院（以下簡(jiǎn)稱“石科院”）自主研發(fā)的FCC煙氣二氧化碳捕集利用技術(shù)是具有石化產(chǎn)業(yè)特色的CCUS技術(shù)，可利用流化催化裂化（FCC）技術(shù)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的煙氣中低濃度二氧化碳制備氧化鋁基質(zhì)材料，在捕集二氧化碳的同時(shí)制備具有較高現(xiàn)實(shí)應(yīng)用價(jià)值的催化劑基質(zhì)材料。由于該技術(shù)無需對(duì)煙氣中低濃度二氧化碳提濃，可以直接利用FCC煙氣中的二氧化碳，受到業(yè)界廣泛關(guān)注。
著眼未來，石化行業(yè)需構(gòu)建“捕集—轉(zhuǎn)化—應(yīng)用”產(chǎn)業(yè)閉環(huán)，通過政策與市場(chǎng)機(jī)制協(xié)同，推動(dòng)二氧化碳從“成本負(fù)擔(dān)”向“碳資產(chǎn)”轉(zhuǎn)型，最終支撐碳中和目標(biāo)落地。
二氧化碳生物利用技術(shù)蓬勃發(fā)展，成本結(jié)構(gòu)和產(chǎn)業(yè)化“瓶頸”是破題關(guān)鍵
二氧化碳生物利用技術(shù)通過生物轉(zhuǎn)化實(shí)現(xiàn)碳循環(huán)，具有負(fù)碳潛力大（微藻固碳效率是陸生植物的10～50倍）、原料適應(yīng)性強(qiáng)（可利用低濃度二氧化碳）、產(chǎn)品多元化等優(yōu)點(diǎn)，是實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的重要技術(shù)手段。主要的技術(shù)路線有如下幾種：
微藻固碳技術(shù)：通過光合作用轉(zhuǎn)化二氧化碳，高效光生物反應(yīng)器（如華潤(rùn)的電力立柱式反應(yīng)器）和基因編輯技術(shù)（如中國(guó)科學(xué)院海洋工程所培育的藻株）相對(duì)傳統(tǒng)跑道池，極大減少了占地面積，顯著增強(qiáng)了二氧化碳固定能力，已經(jīng)有國(guó)家能源集團(tuán)的產(chǎn)業(yè)示范項(xiàng)目。石科院結(jié)合合成生物學(xué)與生物反應(yīng)器工程，在藻種選育、光生物反應(yīng)器設(shè)計(jì)、規(guī)模化培養(yǎng)方面突破了微藻大規(guī)模養(yǎng)殖技術(shù)“瓶頸”，將螺旋藻價(jià)格降低到與進(jìn)口魚粉相當(dāng)?shù)乃健Ｔ摷夹g(shù)已進(jìn)入工業(yè)示范階段，示范建成后每年可生產(chǎn)微藻約20噸，固定二氧化碳近40噸。
微生物電合成（MES）技術(shù)：通過微生物在電極上轉(zhuǎn)化二氧化碳，天津大學(xué)通過混合菌群、新型電極材料提升效率，但面臨系統(tǒng)能耗高、反應(yīng)器成本高的挑戰(zhàn)。
生物炭制備與土壤改良技術(shù)：生物質(zhì)熱解制生物炭，可改良土壤，大慶油田項(xiàng)目使土壤有機(jī)質(zhì)提升300%，農(nóng)田施用1噸生物炭可以獲得300元的碳匯收益。
酶催化轉(zhuǎn)化技術(shù)：利用酶催化二氧化碳轉(zhuǎn)化，諾維信公司開發(fā)的工程酶CA-3效率高，可通過不同循環(huán)合成高值化學(xué)品。
二氧化碳生物利用技術(shù)可實(shí)現(xiàn)二氧化碳到高值產(chǎn)品的綠色轉(zhuǎn)化，將石化行業(yè)的“碳負(fù)擔(dān)”轉(zhuǎn)化為“碳資產(chǎn)”，但其成本結(jié)構(gòu)和產(chǎn)業(yè)化“瓶頸”是兩個(gè)亟待解決的關(guān)鍵技術(shù)問題。當(dāng)前微藻飼料、生物炭土壤改良已具備商業(yè)化條件，而電合成燃料、酶催化化學(xué)品等前沿方向尚需突破成本“瓶頸”。
著眼未來，石化行業(yè)需推動(dòng)“二氧化碳—生物質(zhì)—能源”三角循環(huán)，結(jié)合政策激勵(lì)與技術(shù)創(chuàng)新，助推生物利用成為石化行業(yè)碳中和重要路徑。
石化行業(yè)需多向發(fā)力推動(dòng)CCUS產(chǎn)業(yè)破繭成蝶
CCUS作為碳達(dá)峰、碳中和必不可少的減排固碳技術(shù)，目前技術(shù)及產(chǎn)業(yè)發(fā)展還處于研發(fā)和示范階段，在大規(guī)模示范、普及、應(yīng)用方面仍存在許多制約因素。
在國(guó)家政策方面，目前我國(guó)尚未單獨(dú)研究制定CCUS產(chǎn)業(yè)發(fā)展整體規(guī)劃，CCUS技術(shù)研發(fā)、二氧化碳源匯匹配、二氧化碳輸送管網(wǎng)、跨行業(yè)工程應(yīng)用、政策法規(guī)等產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵因素尚未有效統(tǒng)籌協(xié)調(diào)。
在產(chǎn)業(yè)化機(jī)制方面，目前尚缺乏跨行業(yè)協(xié)作機(jī)制，存在不少行業(yè)壁壘。CCUS產(chǎn)業(yè)鏈涉及電力、鋼鐵、油氣、化工、運(yùn)輸?shù)榷鄠€(gè)行業(yè)，二氧化碳源匯大部分情況下屬于不同企業(yè)或系統(tǒng)，存在源匯匹配共享、責(zé)權(quán)利分配、知識(shí)產(chǎn)權(quán)歸屬等多種挑戰(zhàn)，在現(xiàn)有管理體系及政策制度下，難以實(shí)現(xiàn)跨行業(yè)協(xié)作，阻礙了CCUS的快速發(fā)展。
在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范方面，CCUS標(biāo)準(zhǔn)體系亟須推進(jìn)，參與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)研制及國(guó)際碳規(guī)則制定的力度不夠，一定程度上影響我國(guó)的減排成效。
在技術(shù)研發(fā)方面，盡管我國(guó)已開展了大量的CCUS技術(shù)研發(fā)，但目前仍存在許多技術(shù)“瓶頸”，如二氧化碳捕集技術(shù)能耗和成本總體偏高，需進(jìn)一步加強(qiáng)產(chǎn)業(yè)鏈合作，協(xié)同開展技術(shù)攻關(guān)。
總而言之，我國(guó)石化行業(yè)需集聚全行業(yè)乃至跨行業(yè)力量，在CCUS領(lǐng)域進(jìn)一步培育壯大新質(zhì)生產(chǎn)力，在國(guó)家政策導(dǎo)向、產(chǎn)業(yè)化機(jī)制建設(shè)、標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范制定、關(guān)鍵核心技術(shù)研發(fā)等方面協(xié)同發(fā)力，共同支撐CCUS產(chǎn)業(yè)破繭成蝶，支撐引領(lǐng)我國(guó)石化行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。
（本文第一作者李明豐：中石化石油化工科學(xué)研究院院長(zhǎng)、中國(guó)石油學(xué)會(huì)碳中和專業(yè)委員會(huì)主任）
蘇公網(wǎng)安備 32010502010057號(hào)
