自工業(yè)革命以來(lái)，化石燃料的燃燒使CO2排放量不斷增加，導(dǎo)致了嚴(yán)重的溫室效應(yīng)。據(jù)估算，2020年我國(guó)溫室氣體排放總量約136億噸，約占全球排放總量的三分之一。

2020年，我國(guó)一次能源消費(fèi)49.8億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，化石能源占比84.3%，二氧化碳排放量約99億噸，其中電力部門排放約41億噸。

碳捕集、利用與封存(Carbon Capture Utilization and Storage，CCUS) 是目前實(shí)現(xiàn)化石能源低碳化利用的 技術(shù)選擇[1]，也是實(shí)現(xiàn)中國(guó)“雙碳”目標(biāo)必不可少的技術(shù)手段，在發(fā)達(dá)國(guó)家被視為實(shí)現(xiàn)碳中和的兜底技術(shù)。

以下對(duì)碳捕集、利用、封存技術(shù)分別展開(kāi)闡述：

CARBON CAPTURE 碳捕集技術(shù)

CO2捕集技術(shù)是指將CO2富集、壓縮純化得到高濃度CO2。CO2捕集的方法主要有燃燒前捕集、燃燒中捕集和燃燒后捕集。

燃燒前捕集技術(shù)是指煤燃燒前經(jīng)過(guò)煤氣化工藝，將煤中碳元素轉(zhuǎn)成CO2去除后再燃燒，因此燃燒前捕集具有煙氣流量小、CO2分壓高，因此分離難度低、成本低，但是運(yùn)行復(fù)雜、穩(wěn)定性差，對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)的要求高等特點(diǎn)。

燃燒中捕集技術(shù)主要有富氧燃燒技術(shù)和化學(xué)燃燒技術(shù)。富氧燃燒碳捕集技術(shù)一般適用于新規(guī)劃的燃煤電站，相對(duì)成本低、易規(guī)模化，被認(rèn)為是 *容易大規(guī)模推廣和商業(yè)化應(yīng)用的CCUS技術(shù)之一。我國(guó)富氧燃燒裝置具有空氣／富氧燃燒兼容運(yùn)行、干濕雙循環(huán)設(shè)計(jì)、低能耗塔空分流程、煙氣中CO2體積分?jǐn)?shù)高達(dá)82.7％濃度富集等特點(diǎn)。目前，該技術(shù)存在的主要問(wèn)題是投資大、能耗高。

燃燒后捕集系統(tǒng)一般安裝在現(xiàn)有電廠污染物脫除裝置下游，不影響電廠結(jié)構(gòu)和能源利用方式，工藝成熟、原理簡(jiǎn)單。但是存在燃煤煙氣流量大、煙氣組分復(fù)雜、CO2分壓較低的缺點(diǎn)，捕集過(guò)程能耗偏高。目前可用的燃燒后收集技術(shù)主要有吸收分離、吸附分離、膜分離和低溫分離等，化學(xué)吸收技術(shù)基本適應(yīng)于大多全球已投產(chǎn)大型碳捕集項(xiàng)目。

CARBON UTILIZATION 碳利用技術(shù)

在CCUS框架內(nèi)，CO2的利用方式多種多樣，包括礦物碳化、物理利用、化學(xué)利用和生物利用等，利用方式不同所得到的產(chǎn)物也不相同：

01 礦物碳化

CO2轉(zhuǎn)化為固體無(wú)機(jī)碳酸鹽，稱為碳礦化．發(fā)電廠或工業(yè)源產(chǎn)生的CO2，可以被捕獲、壓縮并儲(chǔ)存在活性地質(zhì)構(gòu)造中，流體中的CO2，在地質(zhì)構(gòu)造中礦化，產(chǎn)生不溶于水的鈣或鎂碳酸鹽，這一過(guò)程稱為原地碳礦化．在工程過(guò)程中，捕集的CO2，被礦化成碳酸鹽，可以發(fā)展非原位碳礦化途徑。

02 物理利用

CO2的物理利用主要是指在食品工業(yè)方面的應(yīng)用，如生產(chǎn)碳酸飲料、脫氧水、奶制品和食品保鮮等。在生產(chǎn)過(guò)程中，CO2被用作酸化劑，使用的二氧化碳必須來(lái)自可再生資源或回收的CO2，以保證CO2的純度。在食品保鮮中，CO2常以液態(tài)CO2干冰(即CO2的固體形式)和改性空氣包裝(MAP)的形式出現(xiàn)，廣泛用于制冷。

03 化學(xué)利用

CO2可作為化工原料合成多種化工產(chǎn)品，如尿素、碳酸氫銨、碳酸二甲酯、聚碳酸酯、甲烷、合成氣、甲醇、聚氨酯和水楊酸等。將CO2轉(zhuǎn)化為化學(xué)品或燃料的方法有電化學(xué)、熱催化、光化學(xué)、生物化學(xué)和混合方法。

04 生物利用

基于自然界光合作用中CO2轉(zhuǎn)化為碳水化合物，利用植物和自養(yǎng)微生物對(duì)CO2進(jìn)行生物固定是一種安全、經(jīng)濟(jì)的方法。

相較于常見(jiàn)的植物，自養(yǎng)微生物有繁殖快、體積小、光合速率高、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、加工效率高、方便與其它技術(shù)集成的特點(diǎn)。

CARBON STORAGE 碳封存技術(shù)

CO2的封存方式主要包括地質(zhì)封存和海洋封存：

地質(zhì)封存

地質(zhì)封存是自然界模擬化石燃料的一種封存機(jī)制，地層中CO2的儲(chǔ)存可通過(guò)管道或交通運(yùn)物至封存位置,如廢棄油田、不可開(kāi)采煤層、高含鹽構(gòu)造層等。

海洋封存

海洋封存是指將CO2通過(guò)管道或船舶運(yùn)送并儲(chǔ)存在深海水或深海海床上。CO2海洋封存的發(fā)展?jié)摿薮螅哂袕V闊的應(yīng)用前景，但現(xiàn)階段成本極高且存在泄露風(fēng)險(xiǎn)。在全球大規(guī)模碳封存技術(shù)中， *主要的是CO2驅(qū)油技術(shù)和咸水層CO2封存。

海外CCUS項(xiàng)目

海外CCUS項(xiàng)目起步早，規(guī)模較大，國(guó)外報(bào)道的 個(gè)大型CCUS項(xiàng)目是1972年美國(guó)建造的Ter-rell項(xiàng)目，CO2捕集能力達(dá)4×105～5×105t/a。之后，挪威、美國(guó)、加拿大、澳大利亞、日本及阿聯(lián)酋等國(guó)家加快了CO2捕集項(xiàng)目的工業(yè)化進(jìn)程，碳捕集能力達(dá)到了1×106t/a。

國(guó)內(nèi)CCUS項(xiàng)目

國(guó)內(nèi)CCUS項(xiàng)目起步較晚，各環(huán)節(jié)技術(shù)均取得顯著進(jìn)展，但大部分尚處在基礎(chǔ)研究、中試或工業(yè)示范階段，已投運(yùn)或建設(shè)中的CCUS示范項(xiàng)目多以石油、煤化工、電力行業(yè)小規(guī)模的捕集驅(qū)油示范為主，鮮見(jiàn)大規(guī)模多種技術(shù)組合的全流程工業(yè)化示范。

據(jù)CCUS減排貢獻(xiàn)需求數(shù)據(jù)預(yù)計(jì)，如果要達(dá)到2060年碳中和與全球1.5℃溫控目標(biāo)，CCUS至少需要貢獻(xiàn)1.41×108t/a的減排需求。相較于已投運(yùn)或建設(shè)中的CCUS示范項(xiàng)目數(shù)量，我國(guó)CCUS尚有很大的發(fā)展空間。