我国碳捕集技术亟须代际升级

  [中国石化报 2025-03-04]
  在全球积极应对气候变化的背景下，CCUS（碳捕集、利用与封存）技术逐渐成为各国推动低碳转型、实现碳中和的重要手段。日前召开的《联合国气候变化框架公约》第二十九次缔约方大会（COP29）正式通过了《巴黎协定》关于碳移除减排量的授权机制，表明国际社会在支持CCUS技术发展方面达成了广泛共识。对我国而言，CCUS技术也是实现碳中和的重要技术组成。CCUS技术涵盖二氧化碳捕集、运输、利用及封存等多个环节，其中，碳捕集作为核心技术环节，具有碳源多样、技术密度高、资金需求大、工艺复杂等特点，是决定CCUS项目投资和部署的关键因素。本版内容来自北京理工大学能源与环境政策研究中心系列研究报告，着重研究了该技术的发展需求、前沿趋势及关键挑战，并提出相应的发展建议，敬请关注。
  全球碳捕集技术正朝着稳定高效、低能耗和低成本趋势发展
  在碳中和目标与经济高质量发展的双重推动下，我国对CCUS技术的需求极为迫切。作为当前实现化石能源低碳化利用的唯一途径，CCUS技术不仅是保持碳中和目标下电力系统灵活性的关键手段，也是钢铁、水泥等难减排行业在尚未出现颠覆性减排技术时的可行选项。然而，当前碳捕集技术高昂的成本对上述行业的低碳转型带来了较大压力。同时，因排放源各异，各行业适配的碳捕集技术在工艺、设备、材料及成本等方面具有较大差异，制约CCUS技术进一步推广。在此背景下，超前研发高效、低能耗的碳捕集材料，推进核心工艺变革升级，进一步提高各类碳排放源浓度下捕集技术的成熟度，形成碳捕集技术新体系，是推动CCUS技术广泛应用的关键。
  全球碳捕集技术正朝着稳定高效、低能耗和低成本趋势发展，亟须立足全球视野和我国国情，识别我国碳捕集技术与全球碳捕集技术前沿进展的差距，促进关键核心技术攻关和成果产业化，推动我国在全球碳捕集技术竞争中抢占战略优势地位。
  全球碳捕集技术在成本、能耗和适用性方面不断优化，代际演进特征凸显。第一代技术以化学吸收法中的基础胺溶剂为主，尽管技术相对成熟并实现了工业化应用，但是高能耗与高成本限制了其大规模部署。第二代技术通过复配胺溶剂的优化显著提升了能效。美国成功将捕集能耗降低至2.6吉焦/吨二氧化碳，捕集成本降至70美元/吨；英国进一步优化工艺后，实现了2.4吉焦/吨二氧化碳的能耗水平，捕集成本降至60美元/吨。第二代技术的发展标志着碳捕集技术在能耗和经济性方面取得了显著进展。第三代技术则凭借新型材料与工艺的突破，成为当前碳捕集技术研发的前沿方向。以欧洲开发的相变溶剂技术为例，该技术通过材料创新将能耗进一步降至2.2吉焦/吨二氧化碳，捕集成本压缩至39美元/吨。第三代技术不仅在技术的经济性和适用性上实现了显著提升，还为钢铁、水泥等高碳排放行业带来了更具竞争力的减排方案。碳捕集技术的代际发展，遵循着由工艺改进向技术革新的演进路径，为未来更大规模、更广范围的技术应用创造了可能。
  新型碳捕集技术发展迅速。传统的二氧化碳捕集技术主要分为燃烧后捕集、燃烧前捕集、富氧燃烧。其中，燃烧后捕集技术应用最为广泛，涵盖化学吸收、物理吸附、膜分离和低温精馏等多种方法。化学吸收法以单胺和复配胺溶剂为代表，是目前最为成熟的技术，已广泛应用于燃煤电厂和工业烟气捕集项目；物理吸附法适用于高压气体分离场景，尤其是天然气处理领域；膜分离技术和低温精馏法在特定条件下表现出高效的分离能力，特别适用于高浓度气源的处理。与此同时，新型碳捕集技术正迅速发展，包括但不限于电化学捕集、固态吸附、催化解吸、界面捕集，以及利用微生物或藻类进行二氧化碳固定等方法。DAC（空气二氧化碳直接捕集）技术主要依赖吸附法和吸收法，通过高效的材料和化学反应，从大气中直接捕集二氧化碳并将其存储或转化为有用资源，目前，美国、挪威、冰岛、肯尼亚和阿联酋等国已开始大规模部署和示范。多种捕集技术各具优势，但仍面临高能耗和高成本挑战，需要通过持续的研发优化以实现大规模应用。
  全球范围内碳捕集技术研发受到广泛重视，专利申请数量庞大并增长迅速。自2005年开始，碳捕集技术专利数量呈快速增长趋势，年均增速达18.7%。截至目前，全球范围内与碳捕集技术直接关联的专利有40383项，其中近10年公开的专利数量达32685项。中国、美国和世界知识产权组织的CCUS专利数量位居世界前三，专利总数分别为31210项、4203项、3755项，合计占全球总量的71.1%。我国碳捕集专利申请总量自2013年起超越美国，现稳居全球首位。
  国内外二氧化碳捕集项目发展各具特色。我国已投运项目多数采用化学吸收法。美国碳捕集项目采用技术更多元化，重点集中在天然气处理（6个）、生物质能源（5个）和直接空气捕集（2个）等多个新型碳捕集技术领域。欧盟则着力推动二氧化碳捕集产业的规模化和商业化，尤其在天然气处理和直接空气捕集领域。我国在直接空气捕集等新兴技术研发上起步较晚，整体水平尚待提升。