意見領袖丨任澤平團隊

　　文：任澤平團隊

　　導讀

　　二十大報告中指出，我國要積極穩妥推進碳達峰碳中和，立足我國能源資源稟賦，堅持先立后破，加強煤炭清潔高效利用，積極參與應對氣候變化全球治理。碳捕集利用與封存（CCUS）技術，從固碳端改善生態環境，降低人類活動對自然環境的影響，最大程度上實現人與自然和諧共生的目標。

　　要實現碳中和，需要在發電端、能源消費端和固碳端共同發力。新能源發電端，有風電光伏為代表，新能源消費端，有新能源車為代表。那么在固碳端，碳捕集利用與封存技術將作為碳減排最有效、最直接的手段，減排的潛力大、應用場景廣、潛在效益高。

　　上游碳捕集，是整個固碳技術的核心環節。有傳統捕集、生物質能碳捕集和空氣碳捕集等多種技術，大幅降了碳捕集成本。又有燃燒前捕集、富氧燃燒捕集、燃燒后捕集等多種捕集工藝，化學吸收法、物理吸收法、膜分離法等多種分離吸收途徑。未來，新一代的捕集技術有望從實驗室走到現實，進一步優化碳減排捕集成本。

　　中游碳運輸，能夠實現“碳轉移”，是連接技術鏈上中下游的關鍵。未來以管道輸運為主流，輔以罐車運輸和船舶運輸等方式，將建立起多運輸方式結合的碳輸運體系，滿足規?；紲p排需求。

　　下游碳利用和封存，陸上咸水層封存、海上咸水層封存和枯竭油氣田封存等碳封存技術飛速發展；地質利用、物理利用和化學利用等碳利用技術初具規模。未來的碳封存，可將二氧化碳儲存于地層或海底中，成為碳元素的“儲備池”；碳利用，可從“儲備池”提取碳元素進行利用，多種方式加強二氧化碳中碳元素的經濟效益，實現人工碳循環。

　　發展碳捕集利用與封存技術，是穩健推進我國能源體系轉型的關鍵。高碳排能源由此變得清潔化，先立后破，是加強煤炭清潔高效利用的關鍵。未來，在碳減排需求規?；鲩L的趨勢下，碳的捕捉、封存、利用等各環節，將更加注重安全性、可靠性、經濟性的提升，新型商業模式、多元化產業格局得以構建。

　　目錄

　　1 實現碳中和，要把碳捕捉、封存、利用起來

　　2 碳捕集利用與封存運行機制：上中下游共同發力實現碳減排 

　　2.1 上游碳捕集：多元技術路線發展降成本

　　2.2 中游碳運輸：多種運輸方式，滿足規?；枨?nbsp; 

　　2.3 下游碳利用與封存：多途徑處理助力碳循環

　　3 趨勢與展望：實現商業化、規?；?，固碳體系是綠色發展的重要環節

　　正文

　　1 實現碳中和，要把碳捕捉、封存、利用起來

　　碳中和，一般指國家、企業、產品、個人通過植樹造林、節能減排等形式，抵消自身產生的二氧化碳或溫室氣體排放。最終達到在一定時間內自身直接或間接產生的二氧化碳或溫室氣體排放總量相對“零排放”的狀態。

　　碳中和的提出，是為了使大氣中二氧化碳的濃度不再增加，減少人類活動對氣候的影響。《氣候變化2013：自然科學基礎》指出，人類活動導致的氣溫升高的可能性高達95%以上。而自然界自身產生的二氧化碳排放通過生態系統的固碳抵消，對氣候變暖的影響忽略不計。從這個角度上來看，實現碳中和關鍵點在于如何處理人類活動所產生的二氧化碳。

　　目前，生產經營活動產生的二氧化碳排放主要集中在能源發電端和能源消費端，其中發電端占比超過40%，能源消費端包括工業、交通運輸、居民消費等占比超50%。根據碳排現狀，實現碳中和目標必須從電力端、能源消費端以及固碳端三端共同發力。

　　一是在電力端，要大力發展清潔能源，優化能源結構。未來電力和熱力的供應結構從以煤為主，優化發展為以風、光、水、核、地熱、氫能等可再生能源和非碳能源為主，最大幅度減少能源發電端的碳排放。

　　二是在能源消費端，要推動工業生產、交通運輸領域使用低碳化的原材料，減少使用高碳排材料，比如水泥生產過程把原料石灰石的使用量降到最低等。同時在生產過程中加大綠電消納，如建材、鋼鐵、化工、有色金屬等原材料生產的用能，以綠電、綠氫為主。

　　三是在固碳端，推動二氧化碳捕集利用和封存等固碳技術發展，實現商業化和規?；l展，真正實現人類生產生活碳排放對氣候環境的“0”影響。實際上，無論電力端和能源消費端如何發展，技術上要實現“0”碳排放是不現實的。

　　短期來看，目前全球能源體系仍然以化石能源為主，發展中國家對于化石能源更為依賴，新型清潔能源暫時無法獨挑大梁。發電端仍以煤電為主的事實，短期內難以逆轉，能源端的高碳排放緩解仍需要時間。長期來說，即使綠電發展到能夠足以替代化石能源，但在某些領域，仍然會產生大量的二氧化碳排放。國際能源署發布鋼鐵行業技術路線圖指出，2050年多數國家實現碳中和之際，鋼鐵行業在工藝改進、效率提升、能源和原料低碳化后，仍將剩余34%的碳排放量，即使疊加氫直接還原鐵技術的突破，剩余的碳排放量也將超過8%。水泥行業通過采取其他常規減排方案后，仍將有48%的碳排放量剩余。

　　因此，我們迫切需要發展固碳技術，將“不得不排放的二氧化碳”用各種人為措施固定下來。

　　在固碳技術中，碳捕集利用與封存技術（CCUS）是最關鍵的存在，為我國碳中和目標的如期實現助力。例如，未來對綠電占比要求高了以后，如果新能源儲能沒有及時匹配，可能導致的電力系統波動性增大。而CCUS技術使得火力發電也擁有了低碳排放的可能，從這個角度而言，火電低碳化，火電也成為了綠電。CCUS技術也是鋼鐵、水泥等高碳行業實現凈零排放的必要技術選擇。未來，CCUS技術與新能源結合，整體或實現負排放。

　　相比其他碳減排手段，CCUS減排潛力大、減排效益可觀。根據國際能源署預測，未來CCUS可滿足我國各行業巨大的碳減排需求，到2030年約可實現碳減排2.49億噸/年，2050年實現10.3億噸/年，2060年則可實現碳減排14.1億噸/年，減排能力顯著上升。CCUS技術對實現碳減排直接有效、貢獻大。根據國際能源署可持續發展情景，預計全球將于2070年實現凈零排放，2050年CCUS減排貢獻比將達到9%，2070年減排貢獻比上升至15%以上。

　　CCUS技術可深度賦能多種領域。在能源電力領域，“火電+CCUS”的組合在電力系統中極具競爭力，能夠實現低碳發展與發電效率之間的平衡。在工業領域，CCUS技術能夠激勵許多高排放、難減排行業低碳轉型，為傳統高耗能行業產業升級、低碳發展提供了技術保障。如在鋼鐵行業，捕集的二氧化碳除了可以進行利用與封存以外，還可直接用于煉鋼過程，能夠進一步提高減排效率。在水泥行業，石灰石分解產生的二氧化碳排放約占水泥行業總排放量的60%，碳捕集技術可捕獲該過程中的二氧化碳，是水泥行業脫碳的必要技術手段。在石油化工行業，CCUS可以實現石油增產和碳減排雙贏。

　　此外，CCUS技術還可加速能源清潔化發展進程。隨著氫能產業的爆發，化石能源制氫疊加CCUS技術，將是未來較長一段時間內低碳氫的重要來源。目前，全球經過CCUS技術改造的7個制氫廠年產量高達40萬噸，是電解槽制氫量的3倍。預計到2070年，全球也將有40%的低碳氫源來自“化石能源+CCUS技術”。

　　在減排效益上，CCUS的負碳技術能夠降低實現碳中和目標的整體成本。一方面，CCUS的負碳技術包括生物質能-碳捕集與封存（BECCS）與直接空氣碳捕獲與封存技術（DACCS），分別從生物質能源轉換過程和大氣中直接捕集二氧化碳，能夠以更低成本、更高效率實現深度脫碳，減少項目顯性成本。據測算，通過生物質能-碳捕集（BECCS）技術和空氣碳捕集（DACCS）技術實現電力部門的深度脫碳，要比以間歇性可再生能源、儲能為主導的系統總投資成本減少37%-48%。另一方面，CCUS可降低資產擱淺風險，減少隱性成本。利用CCUS技術對相關工業基礎設施進行改造，可實現化石能源基礎設施的低碳利用，降低碳排放約束下的設施閑置成本。

　　整體而言，得益于減排潛力大、應用場景廣、潛在效益高等優勢，CCUS技術將為我國如期實現碳中和目標持續發力，成為在固碳端上減少碳排放的最佳方案。

　　2 碳捕集利用與封存運行機制：上中下游共同發力實現碳減排

　　碳捕集利用與封存（CCUS）技術是指將二氧化碳從工業過程、能源利用或大氣中分離出來，直接加以利用或注入地層和海底，以降低大氣中二氧化碳濃度的過程。

　　CCUS技術的上中下游各環節相互聯通，關系緊密，共同構成完整的碳減排技術體系。主要包括碳捕集、碳運輸、碳利用和碳封存四個環節。整個產業鏈環環相扣：上游端從化石燃料、工業排放、生物質利用等排放源處捕集二氧化碳，中游用罐車、船舶等方式輸送至對應地點，最終在下游對碳利用或封存，實現碳減排。

　　2.1 上游碳捕集：多元技術路線發展降成本

　　碳捕集，是CCUS技術中最核心的環節，在整個技術鏈中成本占比超過70%。近年來，我國碳捕集技術的發展如火如荼。從規模上看，我國已經具備大規模捕集利用與封存二氧化碳的能力，年碳捕集達300萬噸。

　　碳捕集主要通過三種途徑，一是傳統的CCUS捕集技術，主要對化石燃料和工業過程產生的二氧化碳進行捕集。二是生物質能-碳捕集（BECCS）技術，利用生物質能源從大氣中捕集二氧化碳。三是空氣碳捕集（DACCS）技術，直接從空氣源捕集二氧化碳，進一步降低大氣中的二氧化碳濃度，實現負碳效果。以傳統捕集途徑為主，輔以生物質能和空氣碳捕集途徑，未來固碳途徑將朝著多元化方向前進。

　　按照可持續發展情景估計，到2070年，生物質能和空氣碳捕集途徑占比將進一步上升，從2050年的19.6%上升至36.2%。

　　碳捕集主要包括捕集和分離兩大流程，分為不同的技術路線。

　　在捕集環節，按照碳捕獲與燃燒過程的先后順序進行分類，可分為燃燒前捕獲、富氧捕集以及燃燒后捕獲等三種技術路線。燃燒后捕集更具技術優勢。燃燒后捕集具有較高的適用性和捕集率，是目前最成熟的捕集技術，國內外的技術差距較小，應用最為廣泛。而燃燒前捕集和富氧燃燒相關的示范項目占比較少，相關技術還不夠成熟，應用場景具有更大局限性。

　　二氧化碳排放濃度和流量是影響碳捕集成本的主要因素，兩者呈現反向相關關系。二氧化碳排放濃度越高，捕集成本越低；排放濃度越低，捕集成本越高。燃燒后捕集氣體雜質較多，能耗較大，投資和運營成本高。因此燃燒前捕集和富氧燃燒捕集技術的發展也仍需重視。隨著技術成熟，未來將有望形成多元化技術發展路線：在特定范圍內使用燃燒前捕集和富氧燃燒捕集，在其他絕大部分范圍使用燃燒后捕集，以綜合最低成本進行碳捕集。

　　在分離環節，碳捕集分離技術有化學吸收法、物理吸收法以及膜分離法等?；瘜W吸收技術吸收量大、吸收效果好、吸收效率高，且具備更加廣泛的應用和商業化場景。細分來看，其主要包括有機胺法、氨吸收法、熱鉀堿法、離子液態吸收法等，目前有機胺法是最主要的化學吸收法，已廣泛運用于國內外碳捕集示范項目中。但總體而言，三種分離方法各有側重，需并行發展，在各自優勢領域應用，實現二氧化碳吸收分離效果的最優化。

　　目前國際主流碳捕集技術為第一代的燃燒后捕集+化學吸收法，已處于大規模的示范和應用階段。國內燃燒前物理吸收法已經處于商業應用階段，燃燒后化學吸附法尚處于中試階段，其它大部分捕集技術處于工業示范階段。而第二代和第三代如新型膜分離技術、新型吸收技術、新型吸附技術、增壓富氧燃燒技術、化學鏈燃燒技術等均處于研發階段，預計技術成熟后能耗和成本將比第一代技術降低30%以上。

　　未來新一代捕集技術有望從實驗室走到現實項目應用中，多元化的技術路線并行發展，大幅降低碳捕集成本，提升整體的經濟性，助力CCUS技術進一步推廣與應用。

　　2.2中游碳運輸：多種運輸方式，滿足規?；枨?/font>

　　碳運輸將二氧化碳進行空間轉移，是連接CCUS技術鏈上下游的關鍵?，F階段我國二氧化碳的運輸方式主要有罐車運輸、管道運輸以及船舶運輸三種類型。限于目前CCUS示范項目規模較小，尚無大規模碳運輸需求，70%以上的二氧化碳是采用罐車輸送。未來，減排量的高速增長將衍生出對碳運輸的規?；l展要求，管道運輸等能實現大規模二氧化碳運輸的方式亟需發展。根據國際能源署測算，我國碳減排需求將從2025年的0.24億噸/年增長至2060年的14.1億噸/年，增長近59倍。

　　未來，能滿足大規模二氧化碳運輸需求的管道輸運方式將脫穎而出，成為主流。一是從運輸效率上看，管道運輸連續性強，運輸量大，且不受天氣影響，穩定性強，可滿足長距離大規模運輸的需求。二是從安全性上看，管道運輸二氧化碳泄漏量極少，對環境污染小，安全性遠高于其他運輸方式。三是從成本上看，大規模運輸下，管道運輸運行的成本更低。根據APEC分析，在不考慮初始投資成本的情況下，若每年管道運輸量大于1000萬噸，則運輸費用則會下降至2-6美元/（100km·噸）的水平，遠低于罐車運輸方式。同時在650km的距離范圍內，相比船舶運輸也具備成本優勢。四是從建設進展上來看，目前我國已具備大規模的管道設計能力，正在制定相關設計規范，未來建設潛力巨大。

　　以管道運輸的發展為重點，未來多樣的碳運輸方式各展所長，建立起多運輸方式結合的碳輸運體系，滿足碳中和目標下大規模的碳減排需求。

　　2.3下游碳利用與封存：多途徑處理助力碳循環

　　CCUS技術鏈中，將項目捕集到的二氧化碳進行處理的主要技術為碳利用和碳封存兩種。兩種技術相輔相成，提升碳元素的經濟性，助力實現人工碳循環。

　　碳封存能夠有效完成“碳安置”，建立碳元素的“儲備池”。它能將一部分二氧化碳進行碳封存處理，將液態或氣液混合狀態的二氧化碳注入到一定深度的地層或海底，實現與大氣隔絕的目的。

　　碳封存技術主要分為陸上咸水層封存、海上咸水層封存和枯竭油氣田封存等三大類。其中陸上咸水層占主導地位，是最主要的碳封存場所。一是從封存條件上看，陸上咸水層地質條件優良，封閉性較好，分布廣泛，是最為理想的二氧化碳封存場所?？萁哂蜌馓锓獯鎰t需要完整的構造、封閉穩定的地質環境和詳細的地質勘探基礎等條件，限制條件更多。二是從封存潛力上看，我國CCUS陸上咸水層地質封存潛力具大，約為1.21~4.13萬億噸。根據水環地調中心《中國及毗鄰海域主要沉積盆地二氧化碳地質儲存適宜性評價圖（1∶500萬）》，我國深部咸水層二氧化碳地質儲存潛力占總潛力的90%以上，是我國未來實現規?；趸嫉刭|儲存的主力儲存空間。僅其中，松遼盆地、塔里木盆地和渤海灣盆地這3個陸上最大的封存區域就能封存總封存量一半的二氧化碳。

　　其他碳封存技術正處于方案設計與論證階段，2021年中國海油對外宣布恩平 15-1油田群正式啟動我國首個海上二氧化碳封存示范工程。未來更多封存方式商業應用落地可期。

　　碳利用是處理二氧化碳的第二種途徑。碳利用是指通過工程技術手段，將捕集的二氧化碳實現資源化利用的過程。在減少碳排放的同時，能夠利用二氧化碳的物理、化學或生物性質，實現能源增產增效、礦產資源增采、化學品轉化合成、生物農產品增產等，大大增強碳元素的經濟性，實現碳元素循環。

　　碳利用技術內容豐富，主要分為地質利用、物理利用和化學利用三種類型。在節能減排的大趨勢下，我國碳利用技術的發展初見成效。在CCUS捕集的二氧化碳處理上，碳利用是最主要的二氧化碳處理方式，處理量占我國所有CCUS項目捕集碳排放總量的70%以上。

　　從各技術類型的發展情況來看，現階段地質利用已初具規模，成為我國最主要的碳利用方式。地質利用主要通過工程技術手段將捕集的二氧化碳注入地下，在地質條件下強化能源和資源的開采。具體來看，我國碳利用中，地質利用的比重高達48%，已封存的二氧化碳規模超過580萬噸。

　　此外，化工利用和生物利用也正在穩步推進中。在化工利用方面，電催化、光催化等新技術大量涌現，如合成有機碳酸脂、可降解聚合物、制備聚酯材料等利用二氧化碳合成化學材料技術大放異彩，推動碳元素加速循環。在生物利用方面，微藻固定和氣肥利用技術取得重大突破。2021年9月，中國科學院宣布人工合成淀粉方面取得的重要進展，在國際上首次實現了二氧化碳到淀粉的從頭合成，使淀粉生產從傳統農業種植模式向工業車間生產模式轉變在技術上成為可能。

　　目前，碳利用技術方興未艾，是實現碳循環、提升碳元素經濟效益的關鍵。在《能源技術革命創新行動計劃（2016-2030）》中，二氧化碳利用被我國列為重點攻關任務。不局限于地質利用，未來生物利用和化工利用技術的進一步發展，將拓展碳利用的商業應用范圍。據測算，至2060年，我國化工和生物利用方面的碳利用潛力最高可達8.7萬噸。

　　理論上，碳封存技術將二氧化碳儲存于地層或海底中，成為碳元素的“儲備池”，碳利用技術的發展成熟將有望從“儲備池”中將碳元素進一步提取利用，實現人工碳循環。

　　3 趨勢與展望：實現商業化、規模化，固碳體系是綠色發展的重要環節

　　CCUS技術對全球碳中和進程至關重要。二十大報告中強調，要以中國式現代化全面推進中華民族偉大復興，實現綠色發展，人與自然和諧共生。CCUS技術從捕捉到封存和利用，改善生態環境，最大程度降低人類活動排碳，減少對自然環境的影響。

　　二十大報告強調，積極穩妥推進碳達峰、碳中和，立足我國能源資源稟賦，堅持先立后破，有計劃分步驟實施碳達峰行動。短期來看，CCUS技術是實現我國能源體系先立后破的關鍵。未來碳減排需求規?；鲩L，CCUS技術也將大幅商業化、規?；?/font>《中國碳捕集利用與封存技術發展路線圖》，明確了我國CCUS技術至2030、2035、2040及2050年的階段性目標和總體發展愿景：到2030年，現有技術開始進入商業化應用階段并具備產業化能力。到2035年，部分新興技術實現大規模運行。到2040年，CCUS系統集成與風險管控技術得到突破，初步建立CCUS集群。到2050年，CCUS技術實現廣泛部署，建成多個CCUS集群。

　　目前CCUS技術的多數細分環節仍處于研發和早期的系統示范階段，在成本、能耗、安全性、可靠性方面有較大發展空間。

　　進一步規范完善CCUS技術的應用標準，明確碳中和目標下的CCUS技術需求，逐步形成由政府部門規劃引導、風險資本踴躍參與、科研機構創新研發的CCUS產業格局。完善相關基礎設施建設，解決安全性發展難題。加大二氧化碳輸送與封存等基礎設施投資力度與建設規模，建立二氧化碳運輸與封存共享網絡，降低二氧化碳在捕集、運輸、利用與封存等環節的泄露風險，增強技術安全性。

　　未來CCUS各類細分技術發展，以技術革新推動降本增效。在碳捕集方面，注重多元化的技術路線的并行發展，將有效降低捕集成本。未來10~20年間，碳捕集成本有望在電化學分離技術、加壓富氧燃燒、化學鏈燃燒、吸附強化水煤氣變換技術、新型膜分離、新型吸收以及新型吸附等技術成熟的情況下降低30% ~50%。在碳運輸方面，管道運輸、公路運輸、鐵路運輸和船舶運輸四種運輸方式結合使用，實現碳運輸成本的最優化。在碳封存方面，隨著智能化鉆井技術和勘探技術的發展，預計碳封存成本至2040年可減少20%~25%。在碳利用方面，多樣化的碳利用方式將助力CCUS經濟效益的提升。

　　此外，未來CCUS技術商業模式推陳出新，多元化產業格局建立，也將成為CCUS技術走向商業化、規模化應用的催化劑。

　　在投融資方面，除傳統風險投資方式外，參考歐洲創新基金等方式，引入氣候投融資，吸引多元投資主體可通過公共資金和社會資本共同促進CCUS產業發展。融資上，銀行為CCUS項目提供優先授信與優惠貸款政策，結合政府稅收優惠等財政激勵，可大幅減輕CCUS融資壓力。

　　在運營模式方面，開發獨立的CCUS運營商模式將優化運營效率。傳統的油企全流程獨立運營模式使得油氣企業既是CCUS運營商，也是CCUS最終服務的客戶，缺乏市場競爭，效率有待提高。而未來，具備獨立市場化運營機制的CCUS運營商模式推出，能將技術商業化進程拓展到更多企業和更多行業當中。捕集的二氧化碳既可出售給用于食品或化工制造的消費企業，又可出售給油企用于驅油封存，具備靈活高效的優勢。

　　在商業盈利模式方面，融入碳價、碳交易等市場化機制可建立“CCUS+CCER”的全新商業模式，拓展更低成本、更多元化的減碳方式，建立長期、公平、可持續發展的盈利模式。

　　在多元化產業格局上，未來CCUS各環節的對接，產業集群建設的加強將進一步實現CCUS與其他碳中和機制技術的協同與融合發展。碳中和技術體系是一個互為支撐的體系，CCUS能夠與可再生能源、儲能等融合能催生出新的技術范式，構建儲能多能互補的技術體系。如結合CCUS技術的低成本、低碳化的制氫技術就是促進中短期氫能源爆發極具前景的方向。

　　(本文作者介紹：經濟學家)