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【綠色產(chǎn)業(yè)投資】碳捕獲、利用與封存未來(lái)發(fā)展趨勢與挑戰|中國投資

2023/9/8 10:10:54   中國投資參考      人氣:117532


陳曦  黃新  郭本帥    中石化南京化工研究院有限公司

江洋洋    中國石化集團南京化學(xué)工業(yè)有限公司

導讀

隨著(zhù)科技的不斷進(jìn)步和創(chuàng )新,CCUS技術(shù)將不斷優(yōu)化和改進(jìn),主要圍繞二氧化碳捕集率、利用率、封存率和安全性的提高,降低成本和風(fēng)險等領(lǐng)域

●CCUS未來(lái)的發(fā)展趨勢 

●CCUS面臨的挑戰

 CCUS(Carbon Capture,Utilization and Storage)是指將二氧化碳捕集、利用、封存或運輸到地下儲存的技術(shù),以減少或消除大氣中的二氧化碳排放,對于減緩全球氣候變化、實(shí)現可持續發(fā)展和應對環(huán)境污染具有重要意義。

CCUS未來(lái)的發(fā)展趨勢

1.全球范圍內的CCUS項目數量將不斷增加

目前,現有的CCUS項目已超百余個(gè),國外規?;牡湫晚椖恐饕性跉W美和澳洲國家。

加拿大油砂:加拿大是全球最大的油砂生產(chǎn)國之一,油砂是一種非常規的石油資源。加拿大政府在油砂領(lǐng)域實(shí)施了多項CCUS項目,其中,二氧化碳注入井就是其中一項重要的措施。例如Suncor Energy公司的碳捕獲和封存項目、Syncrude Canada公司的低排放項目以及邊界大壩(Boundary Dam)項目等。

美國煤炭行業(yè):美國是全球最大的煤炭生產(chǎn)國之一,煤炭行業(yè)也是溫室氣體排放的重要來(lái)源之一。美國政府在煤炭行業(yè)中實(shí)施了多個(gè)CCUS項目,例如,在美國懷俄明州運營(yíng)的Petra Nova項目,每年能夠捕獲并封存約140萬(wàn)噸二氧化碳。

澳大利亞煤炭行業(yè):澳大利亞也是全球最大的煤炭出口國之一。澳大利亞政府在煤炭行業(yè)中實(shí)施的CCUS項目,例如,在澳大利亞昆士蘭州運營(yíng)的Gorgon項目是一個(gè)重要的碳捕獲和封存項目,每年能夠捕獲并封存約300萬(wàn)噸二氧化碳。

歐洲北海地區:歐洲北海地區是全球重要的石油和天然氣生產(chǎn)區域之一,如在挪威運營(yíng)的Snohvit項目是典型的CCUS項目,每年能夠捕獲約70萬(wàn)噸二氧化碳。

國內典型CCUS示范項目:

中國石油化工集團:該公司在石油化工領(lǐng)域實(shí)施了多個(gè)CCUS項目,啟動(dòng)了我國首個(gè)百萬(wàn)噸級CCUS(二氧化碳捕集、利用與封存)項目——齊魯石化-勝利油田CCUS項目建設,項目將充分發(fā)揮公司上下游一體化優(yōu)勢,把齊魯石化捕集的二氧化碳輸送至勝利油田注入地層封存并驅油,實(shí)現變廢為寶,每年可減排二氧化碳100萬(wàn)噸,相當于植樹(shù)近900萬(wàn)棵。此外,中國石化南化研究院也是國內碳捕集、利用與封存技術(shù)領(lǐng)域的領(lǐng)先企業(yè),擁有國內領(lǐng)先、國際先進(jìn)的二氧化碳捕集技術(shù),應用范圍廣泛,包括傳統的合成氣二氧化碳捕集到天然氣、煉廠(chǎng)氣、EO/EG循環(huán)氣、F-T合成循環(huán)氣、各種煙氣、高爐氣、窯氣等領(lǐng)域。

中國神華集團:該公司是中國最大的煤炭企業(yè)之一,在煤炭開(kāi)采和燃燒過(guò)程中實(shí)施了多項CCUS項目。該公司在內蒙古、新疆等地的多個(gè)礦區,通過(guò)捕獲并封存礦區內的二氧化碳,減少了溫室氣體排放,同時(shí)也提高了礦區的安全性。

國家電投集團:該公司是中國最大的能源企業(yè)之一,在火電行業(yè)實(shí)施了多項CCUS項目。該公司在上海、河北等地的多個(gè)發(fā)電廠(chǎng)實(shí)施了碳捕獲和封存項目,通過(guò)捕獲并封存發(fā)電廠(chǎng)產(chǎn)生的二氧化碳,減少了電力行業(yè)中溫室氣體的排放。

 2.技術(shù)創(chuàng )新將推動(dòng)CCUS產(chǎn)業(yè)的發(fā)展

隨著(zhù)科技的不斷進(jìn)步和創(chuàng )新,CCUS技術(shù)將不斷優(yōu)化和改進(jìn),主要圍繞二氧化碳捕集率、利用率、封存率和安全性的提高,降低成本和風(fēng)險等領(lǐng)域。未來(lái),技術(shù)創(chuàng )新將成為推動(dòng)CCUS產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要動(dòng)力,將有更多的企業(yè)和研究機構投入到CCUS技術(shù)的研究和開(kāi)發(fā)中。

CCUS是一種綜合性的技術(shù),包括碳捕獲、碳運輸、碳利用和碳封存等多個(gè)環(huán)節。以下是部分CCUS新技術(shù)和應用的舉例:

在碳捕獲技術(shù)方面

目前,已經(jīng)有一些成熟的技術(shù)應用于實(shí)踐中,例如吸附法、吸收法和膜分離法等。在吸附法方面,吸附材料是碳捕獲技術(shù)中的關(guān)鍵材料之一,例如分子篩、硅膠、活性炭等。然而,這些材料存在一些缺點(diǎn),例如吸附容量較小、吸附選擇性較差等。因此,研究新型吸附材料是碳捕獲技術(shù)的重要方向之一。一些新型的吸附材料包括金屬有機框架(MOFs)、多孔有機聚合物(POPs)、碳納米管等,這些材料具有高比表面積、高吸附容量和高選擇性等特點(diǎn),能夠有效提高碳捕獲的效率和效果。

在新型吸收材料方面,一些成熟的吸收材料包括有機胺類(lèi)溶液、氫氧化鈉溶液、碳酸鉀溶液等,這些材料能夠有效地吸收二氧化碳,但仍存在腐蝕性較強、吸收容量較小等缺點(diǎn)。因此,如離子液體、相變吸收劑、少水吸收劑等具有高吸收容量、低腐蝕性等特點(diǎn)的新型吸收材料正在加速攻關(guān)。

在新型膜分離技術(shù)方面,目前,一些成熟的膜分離技術(shù)包括聚合物膜、陶瓷膜等,這些膜具有高選擇性、低能耗等特點(diǎn),能夠有效提高碳捕獲的效率和效果。除了上述新技術(shù)外,還有一些其他的碳捕獲新技術(shù)正在研究和開(kāi)發(fā)中,例如基于太陽(yáng)能或風(fēng)能的碳捕獲技術(shù)、基于生物質(zhì)的碳捕獲技術(shù)等。這些新技術(shù)具有很大的潛力和發(fā)展前景,但需要進(jìn)一步研究和驗證其可行性和經(jīng)濟性。

碳運輸是CCUS的重要環(huán)節之一,將捕獲的二氧化碳通過(guò)管道、船舶、車(chē)輛等方式運輸到目的地。目前,碳運輸技術(shù)已經(jīng)比較成熟,車(chē)輛運輸為目前主要運輸方式,未來(lái),將采用管道運輸的方式進(jìn)行長(cháng)距離運輸,中國石化已經(jīng)建設了國內首條百萬(wàn)噸級二氧化碳輸送管道,全長(cháng)109公里,是目前國內規模最大、輸送距離最長(cháng)的二氧化碳輸送管道。

在碳利用技術(shù)方面

碳利用是CCUS的重要環(huán)節之一,將捕獲的二氧化碳轉化為有價(jià)值的化學(xué)品或材料。目前,已經(jīng)有一些成熟的碳利用技術(shù)應用于實(shí)踐中,例如二氧化碳驅油、二氧化碳礦化、二氧化碳轉化為甲醇、乙二醇等化學(xué)品,以及二氧化碳轉化為可降解塑料等材料。此外,還有一些新興的碳利用技術(shù)正在研究和開(kāi)發(fā)中,例如:二氧化碳制碳納米管。碳納米管是一種由石墨烯卷曲而成的納米級管狀材料,具有出色的力學(xué)、電學(xué)和化學(xué)性能,可用于制高性能的電池、傳感器、電子器件等。二氧化碳可制聚合物、塑料和橡膠等高分子材料,還可以制生物降解材料,例如聚乳酸(PLA)和聚羥基脂肪酸酯(PHA)。這些材料可在自然環(huán)境中被微生物分解,減少對環(huán)境的污染。

在碳封存技術(shù)方面

注入井封存、鹽水層封存等技術(shù)相對成熟,但由于碳封存可能存在安全風(fēng)險和環(huán)境問(wèn)題,如在注入后,需要對儲層進(jìn)行監測,以確保二氧化碳被封存在儲層中??梢允褂玫卣鹂碧?、測井等方法進(jìn)行監測,并記錄二氧化碳的封存情況;在二氧化碳封存過(guò)程中,需要采取措施避免對環(huán)境造成污染和損害,可以采取一系列環(huán)境保護措施,例如監測地下水水質(zhì)、防止地面沉降等;并降低石油和天然氣等能源的消耗。同時(shí),也可以帶來(lái)經(jīng)濟效益,例如減少能源成本、降低環(huán)境污染成本等。

3.多樣化的應用場(chǎng)景將不斷拓展

CCUS(二氧化碳捕集、利用與封存)是一種綜合性的技術(shù),可以應用于多個(gè)領(lǐng)域,CCUS的多樣化應用場(chǎng)景舉例如下:

(1)電力行業(yè):通過(guò)捕集、利用和封存二氧化碳來(lái)減少溫室氣體排放。例如,在燃煤電廠(chǎng)中安裝二氧化碳捕集裝置,將二氧化碳從煙氣中分離出來(lái),然后進(jìn)行利用或封存。

(2)工業(yè)領(lǐng)域:例如石油、化工、鋼鐵等。在這些行業(yè)中,可以使用二氧化碳作為原料或溶劑。

(3)交通運輸:交通運輸也是溫室氣體排放的重要來(lái)源之一。例如通過(guò)生物燃料和燃料電池等技術(shù)將二氧化碳轉化為能源。

(4)農業(yè)領(lǐng)域:在農業(yè)領(lǐng)域,CCUS技術(shù)可以應用于土地管理和農作物生產(chǎn)中。例如,可以使用二氧化碳施肥來(lái)增加農作物的產(chǎn)量。

(5)環(huán)境修復:例如通過(guò)捕集和封存二氧化碳來(lái)修復受損的生態(tài)系統,或者使用二氧化碳來(lái)促進(jìn)植物生長(cháng)和土壤肥力。

上述應用場(chǎng)景表明,CCUS技術(shù)具有廣泛的應用前景和潛力。通過(guò)多樣化應用場(chǎng)景的探索和開(kāi)發(fā),可進(jìn)一步推動(dòng)CCUS技術(shù)的發(fā)展,為減緩氣候變化和促進(jìn)可持續發(fā)展做出更大的貢獻。

CCUS面臨的挑戰

1.技術(shù)成本和經(jīng)濟效益問(wèn)題

目前,CCUS技術(shù)成本較高,需要大量的能源和資金投入,對于一些企業(yè)和項目來(lái)說(shuō),可能會(huì )存在經(jīng)濟效益的問(wèn)題。未來(lái),需要采取有效措施降低CCUS技術(shù)的成本,提高其經(jīng)濟效益,使其能夠在更多的領(lǐng)域得到應用和推廣。

CCUS技術(shù)成本和經(jīng)濟效益因應用場(chǎng)景和地區而異。以下是一些關(guān)于CCUS技術(shù)成本和經(jīng)濟效益的總結:

(1)成本方面:CCUS技術(shù)的成本主要包括捕集、運輸、封存等環(huán)節的費用。具體而言,捕集環(huán)節的成本主要包括設備投資、運行能耗、化學(xué)品費用等;運輸環(huán)節的成本主要包括管道建設、運輸費用等;封存環(huán)節的成本主要包括儲層租賃、封存作業(yè)等費用。根據不同場(chǎng)景和地區的情況,CCUS技術(shù)的成本也會(huì )有所不同。

(2)經(jīng)濟效益方面:CCUS技術(shù)的應用可以帶來(lái)多種經(jīng)濟效益,包括減少溫室氣體排放、提高能源效率、促進(jìn)經(jīng)濟發(fā)展等。具體而言,通過(guò)捕集和利用二氧化碳,可以促進(jìn)二氧化碳資源的利用,減少能源消耗和溫室氣體排放;通過(guò)封存二氧化碳,可以減緩氣候變化和地質(zhì)災害等風(fēng)險;同時(shí),CCUS技術(shù)還可以帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,促進(jìn)就業(yè)和經(jīng)濟增長(cháng)。

2.二氧化碳封存的安全性和環(huán)境風(fēng)險

二氧化碳封存在地下儲存過(guò)程中存在泄漏和環(huán)境風(fēng)險,需要采取有效的措施和監測手段來(lái)確保其安全性和環(huán)境可控性。未來(lái)需要加強二氧化碳封存技術(shù)的安全性和環(huán)境風(fēng)險評估,完善相關(guān)的監管制度和規范標準,確保二氧化碳封存的安全性和環(huán)境可持續性。

3.政策法規和監管問(wèn)題CCUS技術(shù)的實(shí)施需要政府支持和監管,同時(shí)也需要制定相應的政策和法規來(lái)規范其發(fā)展和管理,協(xié)同政府、企業(yè)和社會(huì )各方面的共同努力,建立科學(xué)合理的監管體系,促進(jìn)CCUS技術(shù)的健康有序發(fā)展。

4.社會(huì )認知度和接受度問(wèn)題CCUS技術(shù)對于一些公眾來(lái)說(shuō)可能存在認知度和接受度的問(wèn)題,需要加強宣傳和教育,提高公眾的認知度和接受度,增強社會(huì )對CCUS技術(shù)的支持和參與度。

“綠色產(chǎn)業(yè)投資”專(zhuān)欄由中國低碳網(wǎng)發(fā)起成立的中國綠色碳匯基金會(huì )碳中和促進(jìn)基金與《中國投資》雜志社共同合辦