当前，全球可持续发展面临着严峻挑战，碳中和已成为共识。推进化石能源领域的绿色科技创新，被认为是实现碳中和目标的关键之举。
作为化石能源低碳化利用的最有效手段之一和油气行业低碳化转型的重要战略支撑，二氧化碳捕集、利用与封存技术（CCUS）在全球碳减排领域备受关注。加速推动CCUS应用，已经成为各国政府的共识。
目前，我国CCUS的发展情况如何？取得了哪些突破？存在怎样的挑战？如何最大化发挥它的减碳潜力？
带着这些问题，本刊记者采访了中国工程院院士李阳。
01、方兴未艾
中国石油石化：李阳院士，您好！业界普遍认为，目前CCUS进入了非常重要的发展机遇期。您怎么看？
李阳：应对气候变化开启了CCUS发展的机遇之窗。2023年12月13日，《联合国气候变化框架公约》第二十八次缔约方大会闭幕，近200个缔约方代表达成了气候变化领域的“阿联酋共识”，明确提出各国要“以公正、有序和公平的方式，在能源系统中转型摆脱化石燃料”。其中，加快发展零排放和低排放技术，包括碳捕集和碳储存技术在内的减排技术，被再次强调。
从全球范围来看，CCUS的发展和应用方兴未艾，面临着很好的机遇和广阔的前景。当前，各国均加快了CCUS项目布局。CCUS项目的数量和规模迅速增加，特别是2020年以来，碳捕集能力年均增长在60%左右。截至2023年7月，全球共有392个大型CCUS项目，年捕集能力达到3.61亿吨。
2023年11月15日，中美发表加强合作应对气候危机的阳光之乡声明中明确指出，到2030年，两国将各自至少推进5个工业能源等领域的CCUS大规模合作项目。
各大国际石油公司把CCUS作为低碳战略的重要组成。雪佛龙和埃克森美孚加大了CCUS业务投资，埃克森美孚计划2050年CCUS业务的占比将达到22.2%。
中国石油石化：CCUS在我国的发展情况如何？
李阳：目前，我国CCUS示范项目呈现数量迅速增加、规模不断扩大的趋势。
截至2023年9月，我国有CCUS示范项目109个，捕集能力600万吨/年，注入能力400万吨/年。已投运和正在建设中的CCUS示范项目规模明显扩大，多个百万吨级以上的CCUS项目正在规划当中。
2021年7月5日，中国石化启动建设我国第一个百万吨级CCUS项目——齐鲁石化—胜利油田CCUS项目。捕集齐鲁石化高浓度工业尾气中的二氧化碳，经低温精馏和增压，得到纯度大于99%的二氧化碳，通过管道输送到胜利油田进行驱油利用与封存。预计15年累计注气1068万吨、增油300万吨，提高采收率11.6%。
这是我国规模最大的二氧化碳捕集—输送—驱油—封存全流程工程，也是石化零碳产业链构建示范项目，标志着我国CCUS技术和工程示范进入了一个新的阶段。2023年7月，该项目的长输管道投运，表明我国的CCUS工程已经形成了规模化的枢纽工程。该项目得到了全球碳封存领导人论坛（CSLF）的认证，标志着我国CCUS技术得到了国际认可。
石油石化行业具有发展CCUS的优势。首先，碳排放量大，炼油化工是难以深度脱碳的行业；其次，含油气盆地是主要的驱油利用和咸水层封存场地；再次，具有二氧化碳化工利用技术研发的优势。所以，石油石化行业应主动承担责任，建立驱油—封存中心和发展二氧化碳化工利用产业，为“双碳”目标的实现贡献力量。
值得一提的是，对我国来说，碳减排时间紧、强度大，CCUS在“双碳”支撑技术体系中具有重要的意义。CCUS是新型能源体系的重要组成部分，也是钢铁、水泥、化工等难以深度脱碳的行业规模化减排的重要技术手段，将为经济社会发展、产业转型、能源安全和“双碳”目标的实现提供支撑。
02、技术突破
中国石油石化：经过多年的工程实践，我国CCUS取得了哪些技术突破？
李阳：从CCUS技术发展的总体情况来看，我国已经具备了大规模应用到各行业中的技术可行性。对捕集来说，我国已经形成了不同浓度排放源的二氧化碳捕集技术，捕集成本不断下降，在煤电、石化、水泥、钢铁等行业开展了示范应用。在利用方面，我国化工利用和生物利用二氧化碳的新技术不断涌现，驱油利用二氧化碳的技术是成熟的，驱油效果很好。从封存上来看，我国已封存数百万吨二氧化碳。
在管道输送方面，我们形成了二氧化碳长距离高压管输技术。以齐鲁石化—胜利油田CCUS项目二氧化碳输送管道为例，该管道实现了长距离二氧化碳输送技术突破，建成了百万吨级百公里超临界压力二氧化碳密相输送管道，并实现了“三个首次”：首次实现了二氧化碳低温增压泵、40MPa级高压注入泵等关键装备的国产化研制与应用，从而实现了超临界压力密相二氧化碳“泵到泵”的输送与井口注入；首次构建了二氧化碳管道输送技术体系和标准体系，实现了二氧化碳管道超临界压力输送；首次实现了二氧化碳管道输送设计软件的国产化和数字孪生技术的突破，提高了管道输送的智能管控和运维能力。
在驱油利用封存方面，我国形成了二氧化碳驱油与封存全流程技术体系。包括：油藏筛选评价技术，进行油气藏驱油增油与安全封存评价；数值模拟及实时跟踪调整技术，形成具有自主知识产权的模拟软件，实现智能优化决策；化学辅助技术，降低混相压力，防控气窜；防腐技术，实现井下防腐、集输防腐；注采工艺技术，涵盖安全注气管柱、多功能采油管柱及举升技术。我国已形成了二氧化碳驱油封存协同技术，实现了增油最大化和二氧化碳全生命周期封存。
形成了封存安全性评价与监测技术。长期封存的安全性，是影响二氧化碳封存项目的核心问题。二氧化碳封存风险主要包括自然因素，如地震等导致的断层和盖层失效产生地质泄漏，以及井筒等发生的工程泄漏。通过地质安全监测与评价技术，判断断层的发育及封闭性，储、盖层地质及岩石力学特征；工程安全监测和评价技术，监测和评价井筒完整性、应力变化、地面工程等。通过建立空中、地面、地下“三层次”，气体、液体、固体“三介质”，事前、事中、事后“三维度”的封存监测和评价体系，可以实时监测二氧化碳注入后储层、流体的时变性。齐鲁石化—胜利油田CCUS项目布设了504个监测点位，纵向监测地下、浅层及地表、大气，横向监测注入区、对比区，连续监测低空空气中的二氧化碳浓度。通过监测，结果均无异常，证明了该项目长期封存二氧化碳的安全性。
形成了产出气二氧化碳回收技术。针对驱油过程中不同阶段采出气规模和二氧化碳含量的差异，形成了不同的产出气回收再注入利用模式，流程简单、设备少、能耗低。开发了变压吸附脱碳、低温液化精馏、直接增压回注等技术，研发了超临界压缩机等装备，可以将产出的二氧化碳全部利用。
中国石油石化：我国发展CCUS还存在哪些难点有待突破？
李阳：我国CCUS产业发展面临多个挑战。首先，成本高、能耗高、效益差的问题依然存在，亟须加强CCUS全技术链创新，突破捕集和利用的理论和技术瓶颈，加快低浓度排放源的低能耗、低成本捕集技术研发。排放浓度小于15%的低浓度排放源，二氧化碳排放量占比达85%。预计近期捕集能耗可降至2.0吉焦/吨以下，捕集成本降至250元/吨左右。其次，二氧化碳化工转化利用技术、生物利用技术等关键技术有待突破。再次，CCUS产业发展生态仍需完善。要着力构建低碳、零碳的CCUS产业链，不断创新和发展相关政策、法律法规和商业模式。
03、发展产业
中国石油石化：为促进我国CCUS产业的发展，您有哪些建议？
李阳：首先，建议以含油气盆地为中心，建设源—汇优化的“驱油封存中心”产业集群。
对于CCUS，大家更关注的环节是“用”。先驱油后进行封存，是全球CCUS总的发展趋势。我国CCUS在驱油领域发展的潜力很大。一方面，含油气盆地具有多个油气藏及大量的咸水层，是最有利的封存场所，初步评价具有上万亿吨的封存潜力。另一方面，源—汇优化涉及社会经济、产业技术、自然环境和国土空间等多个要素，且碳源、碳汇具有时空动态变化特征，需要从全局最优的角度开展源—汇匹配。我国含油气盆地分布范围广，具有很好的源—汇匹配性，可以进行源—汇匹配的多目标最优化。
围绕含油气盆地，我们可以建设多个驱油封存中心，形成捕集—输送—驱油封存利用产业集群，打造区域零碳低碳基地。例如，以渤海湾盆地为中心，形成辐射京津冀的渤海湾盆地千万吨级CCUS项目群；以华东、江苏、上海等区域为中心，形成长三角千万吨级开放式CCUS产业集群。中国石化正在研究建设含油气盆地驱油封存中心，推动形成捕集、输送、利用、封存的产业集群。
其次，建议加强CCUS技术与钢铁、化工等工业产业的融合，构建工业行业的低碳零碳产业链，形成战略新兴产业。
我国完整的工业体系具有产业协同减排的优势。例如，钢铁工业生产流程复杂，排放源多，是难以深度脱碳的行业。通过CCUS实现化工转化与钢铁生产流程深度耦合，重构产业链，实现钢铁与能源化工行业的协同发展，形成新的产业。中国石化加氢合成甲醇技术，是CCUS化工利用与煤化工行业耦合发展的典型例子。
中国石化南化院完成了二氧化碳加氢合成甲醇150吨/年中试装置，甲醇单程收率大于35%，与煤化工耦合能效提高10.5%，二氧化碳排放减少85%，甲醇产量增加124%。
这种以“用”为核心，通过技术创新、产业链拓展，构建多技术协同的二氧化碳循环利用技术与产业体系，培育低碳零碳能源产业、工业产业、CCUS产业间联合的碳利用产业集群，将提高效率，减少排放，实现区域循环型零碳排放的变革性重构。
再次，建议推进区域CCUS技术和产业协同发展，促进区域能源安全、产业发展、CCUS协同，以及社会综合减排成本的最小化。
我国区域经济发展、国土空间和资源禀赋差异很大。应以区域综合减排成本最小化为目标，集成能源安全、环境影响与社会风险评估，分析区域社会经济发展水平、能源系统结构、产业结构、行业竞争、技术发展等情况，明确区域碳中和目标约束下各行业的CCUS减排贡献需求，并考虑CCUS与其他减排技术的集成与耦和，进行区域CCUS产业发展布局。在保证经济社会安全发展的前提下，优化区域能源结构、产业结构，发挥CCUS和CCUS+技术组合的效应，确保“双碳”目标的实现。（陆晓如）
