探索创新应用推动绿色发展（图）
2022/6/22
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来源：[互联网]
二氧化碳再利用系列报道①[中国石油新闻中心2022-06-21]
编者按：为应对全球变暖给人类经济和社会带来不利影响，控制二氧化碳等温室气体排放成了全球的普遍共识。随着新兴绿色应用领域工业化进程的加快，二氧化碳的全产业链也在经历革命性的改变。未来发展的关键不仅要实现全球二氧化碳减排，更重要的是要开辟利用二氧化碳创造价值的绿色新途径，为企业的二氧化碳减排工作带来新的效益增长方向。石油行业如何从全产业链涉足二氧化碳的再利用？二氧化碳又如何成为石油企业新的效益增长点？敬请关注。
二氧化碳利用兼具经济效益和减排效益
二氧化碳利用是指通过工程技术手段将捕集的二氧化碳实现资源化利用的过程，包括碳捕集利用（CCU）和碳捕集利用与封存（CCUS）两大类利用方式。根据工程技术手段的不同，二氧化碳利用可分为地质利用、化工利用和生物利用等，如二氧化碳驱油提高采收率、以二氧化碳为原料生产化学品或燃料、利用微藻类植物进行生物转化、用作混凝土建筑材料等。
没有利用环节的碳捕集与封存（CCS）建设和运行成本高昂，而CCUS在利用二氧化碳的同时实现对其封存，兼顾经济效益和减排效益。碳捕集、驱油与埋存（CCUS—EOR）具有大幅提高石油采收率和埋碳减排双重效益，是目前最为现实可行、应用规模最大的CCUS技术，应用前景广阔。今年4月15日发布的《中国碳捕集利用与封存技术评估报告》显示，根据吉林、大庆等油田示范工程结果，CCUS—EOR技术可提高采收率10%至25%，每注入2—3吨二氧化碳可增产1吨原油，增油与减碳优势显著。
CCU主要通过替代化石原料来减排，减排潜力相对CCUS较小，但在碳资源的循环利用方面，它有着无可替代的价值。“只要人类想要长远发展，就绕不过碳的循环利用，CCU是人工碳循环的关键步骤。”浙江大学教授邢华斌接受媒体采访时说。工业领域以外，CCU的应用场景可以远至星辰大海——潜水艇、太空舱，甚至是?“火星种菜”，这种技术让特殊环境下的碳循环利用成为可能。
从全球范围看，二氧化碳驱油技术发展较快，已开始商业化应用，国内仍处于工业示范阶段。在美国，二氧化碳驱油技术基本成熟，年产石油量约1500万吨，为其第一大提高采收率技术。中国石油在吉林油田建成国内首个二氧化碳分离、捕集和驱油等全产业链基地，截至2021年底，累计实现二氧化碳封存量超过250万吨。
二氧化碳化工、生物利用方面，国内外技术发展水平基本同步，整体处于工业示范阶段。发展水平最高的是利用二氧化碳制化学材料技术，如合成有机碳酸酯。当前，二氧化碳利用技术研发与应用正处于快速发展中。香港《南华早报》网站2月20日报道，来自中国和丹麦的研究人员在二氧化碳电化学还原反应方面的研究取得了进展，该反应将二氧化碳转化为一氧化碳和甲酸盐之类的单碳产品。咨询公司Lux?Research?2021年发布的报告指出，到2040年，CCU的市场规模可能达到5500亿美元。
找准方向创新发展二氧化碳利用产业
二氧化碳资源化利用是一种可行的减排思路，但必须找到正确途径并克服诸多挑战。从产业链来看，碳利用是CCU/CCUS技术创新突破的难点。尽管二氧化碳很常见，但其不易活化的化学性质、复杂的反应路径和较低的产品选择性使其转化利用困难。目前各国都将突破高温高压环境瓶颈、寻找合适的催化剂作为碳利用技术的突破重点。
从减排角度来看，有效的二氧化碳利用途径必须满足两个条件。中国科学院院士包信和曾指出，一是保证持续的可再生能源供给，二是能从非碳资源获得氢气。“转化利用途径主要包括热催化、电催化及光化学过程。目前来看，前两者比较有希望，能够通过二氧化碳加氢反应得到我们需要的产品。而在此过程中，绿氢才是真正实现减排的关键。”
当前碳利用市场存在着利用率低、成本高等问题，CCU/CCUS的能耗和成本主要集中在捕集环节，约占总成本的70%—80%。尤其是对于燃煤电厂、钢铁厂、水泥厂等低浓度源，捕集成本仍然偏高。未来碳利用成本的下降主要依赖技术创新和规模效应。由于捕集和转化过程中的能耗是成本的主要构成，未来能否获得清洁廉价的能源也是决定技术成本能否大幅下降的关键。
除了持续致力于降低碳捕集成本，进行低能耗、高附加值的二氧化碳资源化利用是CCU/CCUS技术商业化的必然选择。通过优化开发高附加值碳利用技术及创新拓展应用场景，实现碳价值增值，使该技术更具市场竞争力。
政策创新对于二氧化碳产业发展至关重要。睿咨得能源预计，由于支持性政策和激励措施，到2030年，欧洲和北美将主导CCS/CCUS市场，贡献约4.5亿吨/年的捕集能力，占全球总量5.5亿吨/年的80%以上。加拿大近日在今年的预算中宣布了一项税收抵免计划，这将显著改善该国CCS/CCUS项目的经济性，更接近该国目前30美元/吨的平均二氧化碳排放成本。在美国，如果“重建更好”法案获得参议院通过，其中的45Q条款提供的税收抵免将从每吨二氧化碳50美元增加到85美元。此外，去年年底通过的美国基础设施法案将为CCS/CCUS市场提供额外的推动力。
新的商业模式可带来规模经济效益并将降低项目商业风险。全球范围内，CCS/CCUS技术已进入早期商业化的发展阶段。CCS/CCUS项目从专注开发大型独立设施转向开发具有共享二氧化碳运输和存储能力的工业集群（侧重运输和存储服务）。
石油公司加速布局二氧化碳绿色应用
石油公司将二氧化碳驱油提高石油采收率和二氧化碳在地质体中安全长期埋存有效结合，兼顾温室气体减排效益和驱油经济效益，且其现有业务与CCS/CCUS程中的地质评价、捕集、输送、利用和封存各环节高度契合，因此发展CCS/CCUS业务具有独特优势。国际石油公司在二氧化碳驱油提高石油采收率方面普遍具有丰富的经验，壳牌1958年率先在美国二叠纪盆地实施了井组规模的二氧化碳驱油试验。
在当前全球加速迈向碳中和的背景下，国际石油公司高度重视CCS/CCUS在应对气候变化时的商业机遇，将其作为油气行业的战略发展方向之一。埃克森美孚在二氧化碳捕集环节拥有独特的受控凝固专利技术，并对碳注入和封存领域有深入的研究。道达尔承诺每年将科研经费的10%投入CCS/CCUS技术研发。由bp、中国石油等12家油气企业组成的油气行业气候倡议组织（OGCI）于2016年设立了10亿美元的气候投资基金，将总投资的50%用于开展CCS/CCUS技术研究和示范工程，协同降低成本、增强商业潜力。
除了利用二氧化碳驱油提高采收率，国际石油公司还在二氧化碳化工、生物和矿化利用领域积极布局。雪佛龙除了加强传统二氧化碳驱油技术的创新与应用，还投资高科技企业Blue?Plant，探索直接浓缩和捕集空气中的二氧化碳并转化成石灰石等建筑材料。2020年，壳牌宣布利用二氧化碳、水和可再生能源合成500升航空煤油，可取代传统航空煤油。该技术可利用任何来源的二氧化碳，如来自炼厂或沼气设施的废气二氧化碳。壳牌计划开展更大规模工业试验，并扩展到采用该技术生产化工原料。
道达尔能源2021年7月6日与威立雅集团（Veolia）宣布将联手加速开发利用二氧化碳培养微藻的技术。在该技术下，微藻借助阳光和来自大气或工业流程中的二氧化碳完成生长。成熟后，这些微藻可以转化为低碳强度的新一代生物燃料。bp正在部署利用二氧化碳、二氧化硫等作为氧化剂生产芳烃的技术，利用电化学还原二氧化碳以减少碳排放的技术等。（记者?李小松）
你知道吗？
“净零油”是具有“净零碳排放”属性的原油。石油公司通过二氧化碳驱油提高采收率（CO2-EOR）等技术去除和封存大气中的二氧化碳，抵消原油生产、运输、精炼和油品使用过程中产生的碳排放，封存的二氧化碳量多于或等于原油全生命周期产生的二氧化碳量，从而实现生产过程中真正意义的碳减排。“净零油”可在生产端实现真正的减排，如得到大规模推广，将为气候改善带来积极的推动作用。
“净零油”与“碳中和油”的区别？
“碳中和油”是石油生产商购买经过国际权威机构认证的碳信用额度，以抵消原油全生命周期中产生的碳排放。从实际效果看，石油生产商并没有真正减少原油生产中的碳排放，并且通过碳抵消方式很难真正实现“净零”目标，存在难以计算且价格高昂的问题。因此，“碳中和油”是石油公司实现“净零”目标、生产真正“净零油”的中间过渡产品。
二氧化碳运输》》》
突破二氧化碳管道运输瓶颈
当前，减少碳排放、推动碳中和已在全球达成共识，要实现这一目标，除大规模实施可再生能源替代以及挖掘可再生能源制氢等节能降碳技术的潜力外，还需要在碳捕集与封存（CCS）上下功夫，而二氧化碳运输则是碳捕集后的二氧化碳能够安全、快捷、稳定地运往封存地点进行封存或利用的保障。
构建二氧化碳管道运输网络?推进储运基础设施无歧视开放
美国是CCS技术的发源地，也是全球第一个建立CCS技术法律制度的国家。2007年美国联邦最高法院对“马萨诸塞州诉联邦环保署”一案正式确立了美国联邦环保署负有对CCS技术进行监管的职责，联邦环保署于2010年正式将包括管道运输在内的CCS技术纳入监管范围并制定了完整的法律制度。美国油气管网管理体制改革的最大成果之一是构建了任何下游客户都可以根据自己的意志与上游油气供应商进行交易，并通过无歧视开放的油气管网运输油气。油气管道公司本身并不买卖油气，只是上下游客户之间的承运人。
二氧化碳管道运输公共承运人制度的要求亦是如此，即使在二氧化碳捕集与封存项目通常由上下游一体化油气企业运营的情况下，运输管道也会以财务独立核算的形式从企业内部与上游二氧化碳捕集和下游二氧化碳封存环节相区分。在美国二氧化碳管道运输监管的语境下，公共承运人制度是向所有用户开放二氧化碳运输管道，无歧视地为上游和下游客户提供二氧化碳运输服务的保障。
我国在构建二氧化碳管道运输网络时，可以借鉴美国二氧化碳管道运输公共承运人制度并结合中国油气管网管理体制改革的成果，强调如长输油气管道、LNG接收站、地下储气库、省天然气管网、城市燃气管网等在内的油气储运各个环节基础设施，对各个二氧化碳捕集源公平、公开、无歧视地开放。
破解二氧化碳管道运输难题?经济、制度两方面须同步发力
我国的二氧化碳捕集与封存项目目前仍处于前期试点阶段，但随着落实《巴黎协定》减排目标的日益临近，二氧化碳捕集与封存技术作为高效减排技术在我国必将迎来高速发展。根据《中国碳捕集利用与封存技术发展路线图（2019）》，至2025年，我国将建成百万吨级输送能力的陆上输送管道；至2030年，将建成具有单管200万吨输送能力的陆地长输管道；至2050年，部署多个二氧化碳捕集与封存产业集群，推动海底管道运输技术的商业应用。
需要注意的是，我国尚未制定有关二氧化碳管道运输的具体政策法规，这也成为制约我国CCS发展的重要瓶颈。因此，从经济、制度两方面同步发力，打通二氧化碳管道运输的“任督二脉”，对于推动CCS的产业化发展来说至关重要。
在经济手段层面，针对二氧化碳管道运输运行中具有的自然垄断属性，应在监管中采用激励监管的手段解决信息不对称、不充分、因巨大的投入而导致缺少竞争等问题。可利用激励监管中“社会契约”这一主要手段与多项具体措施相结合的方式，以一定的政策优惠激励运营者按照监管机构的要求为社会公众提供良好的服务。
针对因投入巨大而限制竞争的问题，可以采取“模拟市场竞争”“所有权分割”“财务分割”相结合的方式。第一种，由监管机构通过颁发特许经营许可证的方式许可少数几家运营商，根据运营者提供的成本信息，采取模拟市场定价的方法进行符合市场规律的监管，要求运营商的收费费率公正，不得存在不合理歧视，不得对特定企业提供不当优惠；第二种，考虑到取得特许经营许可证的企业均为大型一体化企业的客观情况，在拆分不会造成资源浪费的情况下，对自然垄断企业按照管道运输技术的不同环节进行拆分，经过拆分之后每个企业负责一个环节的运行；第三种，对于拆分会造成严重资源浪费的情况下，可以允许由大型一体化企业运营，但是须将自然垄断业务与其他业务在财务上相分离，进行独立核算。这三种监管方式的关系是，无论采用第二种还是第三种拆分方式，都必须适用第一种监管方式中的模拟市场竞争。
在制度层面，首先，可以将二氧化碳管道运输纳入《石油天然气管道保护法》的适用范围，将管道运营商从法律层面确立为公共承运人。从公平开放基础条件、公平开放服务基本要求、运力信息公开、公平开放服务申请与受理、公平开放服务合同签订及履行等方面对我国的二氧化碳管道运输公共承运人实施监管。其次，在我国二氧化碳管道运输制度设计初始阶段就应当明确“网”“售”分离。目前我国实施二氧化碳捕集与封存项目的企业大多是一体化油气企业，仍然使用槽车运输二氧化碳，考虑到未来修建二氧化碳管道网络后可能由一体化油气企业运营的情形，可以从以下两个方面加以优化。
第一，将二氧化碳运输管网设施在一体化油气企业内部单独核算。明确规定二氧化碳管道运输环节必须与二氧化碳捕集、封存环节在业务上分开，即保持一体化油气企业的构架，但在内部实现二氧化碳管道运输公司财务方面单独核算。第二，将二氧化碳运输管网设施与一体化油气企业相互独立。建议将二氧化碳运输管网设施纳入各管道运营公司的业务范围，由各管道运营公司参照天然气管道的运营模式修建和运营二氧化碳运输管道。
总体来说，二氧化碳管道运输与捕集、封存环节相分离才能确保二氧化碳运输管道为不同的捕集源和封存地提供开放和非歧视的运输服务，从而使油气储运基础设施成为真正的二氧化碳“公共运输设施”。（作者王涛供职于西北工业大学全球治理国际研究中心，姜勇供职于中国石油天然气销售分公司）
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西方石油公司大力发展直接空气捕获技术——
探索“净零”发展之路
在“净零”目标下，,越来越多石油公司不断探索发展碳捕集与封存业务（CCS）以减少碳排放。作为美国大型独立石油公司，西方石油公司（Occidental）成立了低碳风投公司并研究开展了直接空气捕获（DAC）技术，该项技术目前已在2022年初达成的“净零油”交易中得到应用，为石油公司探索实现“净零”目标的商业模式提供了可借鉴的方案。
2020年，西方石油公司在北美石油公司中率先提出“净零”目标，并主要通过发展碳捕集与封存技术减少碳排放。该公司围绕“净零”排放构建可持续商业生态系统并提供创新型、差异化的低碳产品，将“净零”战略细分为短期、中期、长期三个阶段，包括变革、减排、循环、脱碳四个方面。为了真正推动“净零”石油产品商业化、规模化的实现，该公司成立了低碳风投公司（Oxy?Low?Carbon?Ventures），专门投资研发低碳减排技术和推进低碳解决方案的商业化。
为实现“净零”战略，西方石油公司将CCS业务置于重中之重的地位，利用CCS降低自身碳排放并培育低碳新业务链，计划在生产过程中捕获足够多的二氧化碳以抵消原油全生命周期中的碳排放，生产出可获得认证的“净零油”并将其出售给需要减排的买家。
在CCS业务发展路径上，与其他仅拥有上游业务的石油公司有所不同的是，西方石油公司不仅采用了较为通用的点源碳捕获技术，还独树一帜地选择成本较高的直接空气碳捕获（DAC）技术，并开展低碳燃料业务。DAC是一种可直接从大气中去除二氧化碳的技术，空气通过工业级风扇吸入DAC系统，通过系统中的化学溶液去除其中的二氧化碳并将其余的空气返回大气中。被捕获的二氧化碳可以在石油开发中用于二氧化碳驱油，或在超高压下被压缩并通过管道输送到深层地质层，通过自然矿化永久封存。
西方石油公司认为DAC技术应用潜力巨大，不断增长的碳信用和低碳燃料市场将加速DAC技术的商业化进程。目前市场上每年有约150亿吨碳需要封存，其中三分之一可通过DAC技术完成。如果该技术的成本进一步降低，则可满足全部碳封存需求。航空业去碳难度大，对低碳燃料需求高，但目前生物燃料供给量有限，无法满足潜在的需求。利用DAC技术生产出的低碳燃料排放量仅为传统柴油和航煤的10%，预计到2050年，航空业一半的碳封存量需要由600台DAC装置完成，给DAC技术的发展带来巨大商机。西方石油公司在二叠盆地建设了12个DAC装置，将进一步延伸至美国其他盆地和阿曼等地，在当前政策和市场背景下，预计到2035年将建成70个装置。如全球加大对“净零”业务的政策支持力度，则有望建成140个装置。
但DAC技术存在成本高的问题，预计未来几年间，DAC技术成本将在300美元/吨至425美元/吨之间。在当前政策背景下，本世纪后半叶将小幅降低到300美元/吨。假设未来获得更多“净零”政策支持或税收抵免激励，其成本有望控制到200—250美元/吨，但仍远高于点源碳捕捉35—100美元/吨的成本。目前，西方石油公司正致力于通过提高效率、简化流程、签订供应商协议等来降低成本。
2022年3月22日，西方石油公司与韩国SK国际贸易公司（以下简称SK公司）签署了全球首单“净零油”交易。这是西方石油公司利用其DAC技术探索低碳原油生产和商业化推广的重大突破，也为其他石油公司降低石油生产中的碳排放提供了新的思路。考虑到DAC成本高昂的特点，西方石油公司通过将DAC设施捕获的二氧化碳与提高采收率技术（EOR）相结合，提高石油产量且获得经济效益，在一定程度上降低了成本，所生产的“净零油”具有与现有炼厂设施完全兼容、价格可接受、产量规模大的优点。（李春烁?余岭?中国石油经济技术研究院）