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助力碳达峰、碳中和,加强对二氧化碳的资源化利用

媒体:新华社  作者:李瑶
专业号:必威资讯
2021/4/29 22:03:41

 

在全球[必威88登录]注册送28 加剧的现实背景下,世界主要经济体开始通过多项行政、经济手段方法,逐步加强对碳排放的控制。我国也于去年宣布“二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和”;今年两会期间,政府工作betway再次明确强调“扎实做好碳达峰、碳中和各项工作”。

“碳达峰、碳中和”目标下,实现二氧化碳大规模减排,需要多措并举、多管齐下。但如何将二氧化碳作为一种资源进行利用,实现经济增长和碳减排的目标,以助推经济社会的可持续发展?

近年来,针对上述问题,石油科技工作者开展了大量的CO2驱油与埋存技术必威官网亚洲体必必威官网:研究 和示范应用,CO2驱油等资源化利用技术正在成为零碳、负碳的重要减排技术。

中国工程院院士李阳说,二氧化碳不是“废物”,植物的生长就离不开二氧化碳。目前的[必威88登录]注册送28 ,只是人们在利用化石能源的过程中向大气中多排放了二氧化碳造成的,如果将这部分二氧化碳进行捕集和资源化利用,通过产品固碳和地质利用后封存,既直接减少了排放,又可以减少化石能源的消耗量,助力“碳达峰、碳中和”目标的实现。

在“碳中和”目标下,CCUS(Carbon Capture,Utilization and Storage,碳捕集、利用与封存)如何定位及其贡献如何?CCUS技术必威官网亚洲体必必威官网:研究 及产业落地目前在我国有怎样的进展?未来前景如何?针对这些问题,《财经betway周刊》记者专访了李阳院士。

二氧化碳,也可以是资源

《财经betway周刊》:为什么要“捕集和封存二氧化碳”?

李阳:这也是我们一直必威官网亚洲体必必威官网:研究 的问题。众所周知,化石能源作为目前经济社会发展的主要动力,在利用过程中会产生大量的二氧化碳,这些排放源分布区域广,浓度差异大,而且以低浓度排放为主。必威官网亚洲体必必威官网:研究 认为,封存过程中需要提高二氧化碳的浓度,以提高效率,增加埋存量,降低成本;同时,大部分的利用场景也需要高浓度的二氧化碳,提高利用转化率。所以,在二氧化碳利用和封存过程中必须必威官网亚洲体必必威官网:研究 和发展捕集技术。

上世纪80年代,联合国政府间[必威88登录]注册送28 专门委员会(IPCC)提出了CCS(Carbon Capture and Storage)技术,中文名是“碳捕集与封存”,主要由碳捕集、运输和封存三个环节组成,主要是将捕集的二氧化碳,通过一定的方式运输到合适的地点进行封存,使其与大气隔绝,减少了向大气中的二氧化碳排放,促使大气碳循环的再平衡。

在相当长一段时间里,国际公认这是大规模减少二氧化碳排放、减缓全球必威变暖最可行的方法。

2012年6月20日,内蒙古鄂尔多斯。工作人员检查缓冲罐内液体二氧化碳的贮存情况。图/新华社发

《财经betway周刊》:这项技术后来发生了什么[必威88登录]注册送28 ?

李阳:CCS的核心是碳封存,但CCS存在的最大问题是建设和运行成本高昂。据已运行必威分析,全球商业化运营的CCS必威成本约为60-90美元/吨碳,因此,直接封存将付出巨大的经济代价。

目前,最大的挪威Sleipner封存必威,自1996年开始每年封存100万吨二氧化碳,该必威作为天然气田重要组成部分,将高碳天然气脱除的二氧化碳进行封存,以避免支付税费(挪威政府为限制石油公司的碳排放量,对排放到大气中的每吨二氧化碳征收约50美元的排放税)。

我国一次能源结构中化石能源消费占比高,2020年达到84.3%,其中煤炭消费占比达到56.8%。据国际能源署预测,如果不采用CCUS技术,要实现长期必威目标需要完全关闭燃煤及天然气发电,而我国经济正处在发展阶段,这将给经济社会发展造成更加巨大的影响。

因此,在我国必须加强二氧化碳的资源化利用,也就是说,把二氧化碳作为一种“资源”转化为新的物质,减少排放;或是通过地质利用(驱油或驱水)进行封存,增加收益,降低成本,而不是简单的封存起来,这就大大地拓展了碳封存技术的发展空间,为CCS注入了新的活力。

所以说,CCUS是二氧化碳减排的必然路径,也得到了国际社会的广泛认可。从CCS技术到CCUS技术,实则是进一步强化了对化石燃料利用过程中排放的二氧化碳的资源化利用,推进了固碳和封存技术的发展。

《财经betway周刊》:从CCS到CCUS,多了一个“U”,也就是利用,那么目前二氧化碳可以怎样利用?

李阳:这正是我要补充的。确切来说,“U”被定义为对二氧化碳的资源化利用,包含地质资源利用、化工利用、生物利用等,这是当前CCUS技术发展的方向和前沿课题。

其中,化工利用是以化学转化为主要手段,将二氧化碳和共反应物转化成目标产物,不仅能实现二氧化碳减排,还可以创造收益,对传统产业的转型升级具有重要作用;

生物利用是以生物转化为主要手段,将二氧化碳用于生物质合成,主要产品有食品和饲料、生物肥料、化学品与生物燃料及气肥等。一般来说,生物利用技术的产品附加值较高,经济效益较好;

地质资源利用主要是利用二氧化碳驱油、驱水,增加原油产量,充分利用地下水资源。

截至到2020年底,全球正在运行的大型CCUS示范必威有26个,每年可捕集和永久封存约4000万吨二氧化碳,其中美国驱油利用二氧化碳已达到1000多万吨。

《财经betway周刊》:这么多的示范必威,如何评估必威的减排量和经济性?

李阳:对于这个问题,我们开展了相关的必威官网亚洲体必必威官网:研究 。应该说,CCUS的经济性决定着必威的可行性,也在一定程度上体现着CCUS技术和产业发展的活力,科学评估必威的减排量、经济性及各环节的耦合约束关系是重要的必威官网亚洲体必必威官网:研究 内容。

但与传统方法或常规产品评价不同,CCUS评估体系的必威官网亚洲体必必威官网:研究 对象是二氧化碳,二氧化碳既是产品又是封存和固碳考察指标,CCUS技术应用过程中要排放二氧化碳和消耗成本,对捕获的二氧化碳进行利用封存,又会产生一定经济收益。同时由于二氧化碳利用封存的时效性和长期性,特别是采用地质封存时,考虑到地质条件的差异性,全生命周期的关闭节点难以确定。因此,对碳减排量的评估目前常用的是全生命周期评价方法。

CCUS全生命周期评价体系是在传统产品全生命周期评价的基础上,增加能耗特性及经济特性两项重要评价内容,从而能够在全生命周期框架下对CCUS封存与固碳系统进行多目标综合性能评价,为不同时期固碳技术的合理选择和决策评价提供量化依据。

具体来说,对于CCS/CCUS必威的减排量既要考虑封存或固碳的二氧化碳量,又要考虑必威全生命周期中各环节因能耗和工艺产生的二次二氧化碳排放量;对于CCUS必威的效益评价,既考虑二氧化碳捕集、输送、转化利用和埋存过程中发生的成本,又考虑实现的碳减排和固碳量,产生的直接经济和社会效益。

2020年3月28日,新疆阿克苏,中石化西北油田。图/视觉中国

成果与挑战并存

《财经betway周刊》:我们和其他一些行业人士沟通过,CO2驱油并非一项非常新的技术,怎样看待这个问题?

李阳:从时间上看,它的确不是最新的技术,初期CO2驱作为一项大幅度提高油气采收率的技术,是二氧化碳变废为宝的一项重要应用技术。上世纪七八十年代,美国就已经开展了商业化CO2驱现场应用,并成为了北美地区提高采收率的主要手段。我国在这方面起步较晚,上世纪90年代开始,我国在低渗透油藏、高含水油藏、复杂断块油藏陆续开展了CO2驱提高采收率先导试验,但由于缺乏气源,矿场应用规模比较小,工作进展比较缓慢。

随着应对[必威88登录]注册送28 对二氧化碳减排需求,CCS捕集示范必威和捕集量大幅度增加,为CO2驱提高采收率提供了发展机遇。必威官网亚洲体必必威官网:研究 表明,CCUS-EOR(CCUS-提高原油采收率)技术既实现了二氧化碳减排,又增加了原油产量,是一项“双赢”的技术。

我们必威官网亚洲体必必威官网:研究 表明,为实现增油与埋存的最大化,可以通过化学辅助方法进一步扩大油藏应用规模和应用领域;通过增加注入倍数,增加注入量,提高增油量,在必威后期阶段将以埋存为主。

我国对石油的消费需求规模大,从能源消费状况来看,2020年国内原油产量1.95亿吨,原油表观消费量7.36亿吨,对外依存度达到73.5%,油气对外依存度持续攀升,油气供给安全压力及温室气体减排需求推动CO2驱步入快速发展轨道。

《财经betway周刊》:目前我国能源企业是否已经开展相关试验?成果如何?

李阳:近年来,我国CO2驱技术和必威的发展还是比较快的,中石油、中石化、中海油和延长石油都开展了CCUS技术研发和示范,截至到2020年底,全国已建成35个CCUS示范必威。

以中石化为例,建成了燃煤电厂、炼厂烟气、高碳天然气分离的全流程CCUS示范必威,年捕集能力达到60万吨。经过多年的发展,应用对象从低渗透油藏,拓展到特高含水油藏、复杂断块油藏等,应用领域不断拓展,华东、胜利、中原等油田CO2驱矿场试验提高采收率达到8—15%。已形成了实验评价、数值模拟、驱油与埋存一体化优化、防窜封窜、安全监测评价等全过程技术体系。

胜利油田在捕集方面,围绕燃煤电厂燃烧后捕集开发了以乙醇胺(MEA)为主的甲基磺酸(MSA)复合吸收剂,二氧化碳吸收能力提高30%,腐蚀速率、降解速率下降90%以上;在驱油方面,低渗-特低渗油藏CO2驱油取得良好效果,阶段换油率0.27t油/t二氧化碳,区块提高采出程度13.3%。

《财经betway周刊》:除了提高油气采收率,我国在二氧化碳利用上还取得了哪些发展成果?

李阳:CO2驱油可以理解为地质资源利用。化工利用方面,目前我国二氧化碳化工利用的技术水平整体处于中试阶段,其中重整制备合成气、合成可降解聚合物、合成有机碳酸酯等技术已完成了示范必威官网亚洲体必必威官网:研究 ,合成甲醇、合成聚合物多元醇、矿化利用等技术已经进入中试阶段;大批新技术不断涌现,如二氧化碳电催化还原合成化学品、基于二氧化碳光催化转化的“人工光合作用”等。生物利用上,目前转化为食品和饲料的技术已实现大规模商业化,但其他技术仍处于研发或小规模示范阶段。

《财经betway周刊》:如何评价我国在CCUS领域的整体发展状况?

李阳:必须看到,我国CCUS技术基础必威官网亚洲体必必威官网:研究 工作较为薄弱,缺乏大规模的工业化示范和应用。在捕集技术上,比较成熟的化学吸收法,存在能耗高、成本高的问题;在封存技术上,国外已开展了大量的咸水层封存示范,国内仅开展了十万吨级咸水层封存示范;在驱油利用上,还需要开展陆相油藏提高增油效果及“驱油埋存一体化”优化必威官网亚洲体必必威官网:研究 ,以实现驱油和埋存双赢。

整体来看,我国CCUS技术及产业发展还处于研发和小规模示范阶段,存在捕集能耗高、成本高、缺乏运输管网、资源利用转化效率低等问题,大规模推广还面临诸多挑战。

“碳中和”带来新机遇

《财经betway周刊》:近年来,全球主要经济体都高度关注碳排放问题,并提出了“碳中和”的共识及目标。在这样的大背景下,是否可以认为CCUS将迎来一个大发展时代?

李阳:是的。IPCC第五次[必威88登录]注册送28 评估betway认为,如果没有CCUS,绝大多数必威模式都不能实现减排目标,更为关键的是,没有CCUS技术,全球减排成本将会成倍增加,估计增幅高达138%。

根据我们建立的模型预测,我国要实现2060年碳中和,2030年后煤炭利用必须配备CCUS技术,到2060年CCUS减排贡献将达14.6%。如果不采用CCUS技术,实现2060年碳中和目标,整体减排成本将增加120-140%。

随着全球应对[必威88登录]注册送28 和“碳中和”目标的提出,CCUS作为一种减碳、固碳技术,已成为多个betway碳中和行动计划的重要组成部分。

比如,英国提出投资2亿英镑用于碳捕集,计划2030年实现每年捕获1000万吨二氧化碳,配有CCS技术的发电机组将达到5GW;日本发布《绿色增长战略》,明确了CCS的发展,到2030年,进一步降低分离和回收二氧化碳技术的成本,并将其扩展到EOR以外的其他应用领域;澳大利亚政府也批复5000万澳元用于发展CCUS技术。

显然,CCUS将迎来更加广阔的发展空间,会有更多的必威投资,未来三到五年内,将有更多的、更大规模的示范工程加速落地。

《财经betway周刊》:“碳达峰”“碳中和”已经被列入“十四五”规划中,这会对我国CCUS技术必威官网亚洲体必必威官网:研究 及产业发展起到怎样的作用,提出了什么样的新要求?

李阳:首先是时间紧。与美国、欧盟2050年实现“碳中和”目标分别有43年和71年窗口期不同,我国距“碳达峰”目标不足10年,“碳中和”的过渡期只有30年时间。

其次是任务重。碳基能源目前仍是我国能源结构的主体,能源结构亟需转型优化;与欧美各国相比,我国仍处于工业化和城镇化进程中,经济社会发展和生活水平的提高会进一步推动能源生产和消费总量的提升。并且,我国制造业(钢铁、化工、水泥等产业)占GDP的比重较高,单位GDP能耗强度高,为世界平均水平的1.4倍,发达betway的2到3倍,产业结构仍需进一步优化升级。

这些都意味着,我国实现“碳中和”目标更加艰巨,需要付出更多努力。因此,应将CCUS作为实现能源安全和碳减排目标的一项重要技术和措施,加大CCUS必威投资,为“碳中和”目标的实现作出更大贡献;反过来,“碳中和”也对CCUS的发展提出了新要求,孕育出新机遇。

《财经betway周刊》:怎么理解“新要求”和“新机遇”?

李阳:可以从产业价值、产业内涵以及产业betway三个方面来理解。

首先,在可预期的未来较长时期内,人类经济社会活动离不开化石能源,人类生产生活中二氧化碳的排放不可避免。CCUS中和某些碳基原料(或生物质)工业过程的碳排放,实现化石能源和碳基资源的净零碳排放,保障我国能源系统和工业体系健康安全发展。

其次,CCUS的内涵将从过去的排放源减排,扩充为全生命周期净减排,从封存减排转变为更注重能源载体和化学转化资源利用减排。

再者,CCUS技术将与电力、钢铁、水泥、石化等工业产业深度融合,加速推动工业产业的转型升级,形成新兴产业betway,实现经济增长和碳减排目标,助推经济社会的可持续发展。

中央财经委员会第九次会议指出“实现碳达峰、碳中和是一场广泛而深刻的经济社会系统性变革”,这场变革必须依靠科技创新驱动。在这场科技创新中,我们不能走“引进、消化、吸收、再创新”的后发之路,必须加强原始创新和自主创新,引领技术进步。

同时,产业发展面临新的机遇,应进行创新链、产业链、人才链的再造,并加快CCUS技术与新一代信息技术、新材料的深度融合,推动CCUS产业化快速发展。

全面提升核心竞争力

《财经betway周刊》:在“碳中和”的大背景下,结合我国发展现状以及您多年必威官网亚洲体必必威官网:研究 经验,我国CCUS技术及产业下一步应如何发力?

李阳:我认为,推动CCUS技术发展,需要从三大方面入手:

一是加大CCUS技术研发投入,统筹基础必威官网亚洲体必必威官网:研究 、技术研发、装备研制、集成示范,推动关键共性技术和核心技术的联合攻关。

二是加大CCUS技术推广应用力度,开展大规模、全流程的CCUS技术示范工程建设。

三是加大财政税收政策支持力度,加强产业培育,建立跨行业、跨领域分工合作的机制,全面提升我国CCUS技术水平和核心竞争力。

基于我们的已有必威官网亚洲体必必威官网:研究 ,下一步还需要围绕低成本捕集、高效驱油及封存一体化优化、化学转化及农业和生物质利用等领域开展攻关。具体到发展路径上:

一是研发低成本低能耗化学吸收捕集技术,降低捕集成本,同时开展空气捕集等前沿技术的必威官网亚洲体必必威官网:研究 。

二是开展CO2驱油与封存一体化优化技术必威官网亚洲体必必威官网:研究 ,提高驱油和封存率,开展多源多汇协同的源汇匹配优化,提高经济效益,开展百万吨级驱油和埋存示范工程建设。

三是化学转化等资源利用技术及示范,特别是不同排放源与利用技术的组合模式示范,依据产业的特点,统筹和规划工业园区建设,实现二氧化碳循环利用。

《财经betway周刊》:从产业一线出发,我国当前CCUS相关配套政策支持还存在哪些需要加紧完善的地方?

李阳:CCUS产业作为新兴产业,目前已进入可以大规模投资阶段,但存在较高的市场风险和技术风险,在当前的政策及市场betway下,企业或投资者的积极性不高,其产业化推广特别是先期示范应用,迫切需要配套的政策引导和支撑:

一是建立多产业协作机制,加强产业规划的顶层设计。

二是建立CCUS标准规范体系及管理制度。建立覆盖二氧化碳捕集、输送、地质封存、监测评价、减排核查、全生命周期管理等环节的标准规范。

三是将CCUS纳入碳排放交易体系。为开展CCUS的企业带来一定经济收入,消纳部分固碳成本。

四是建立良好的CCUS金融betway。建立以政府公共财政融资、信贷融资、风险投资基金和信托基金、国际融资为核心的多元投融资体系,形成良好的CCUS金融betway,促进CCUS产业良性发展。

 

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