什么是CCUS？
CCS（二氧化碳的捕集利用与封存）是指将CO2从工业过程、能源利用或大气中分离出来，直接加以利用或注入底层以实现CO2永久减排的过程。CCUS是在CCS的基础上增加了“利用(Utilization)”。
CCUS按技术流程分为捕集、输送、利用与封存等环节。
CO2 捕集是指将 CO2 从工业生产、能源利用或大气中分离出来的过程，主要分为燃烧前捕集、燃烧后捕集、富氧燃烧和化学链捕集。
CO2 输送是指将捕集的CO2 运送到可利用或封存场地的过程。根据运输方式的不同，分为罐车运输、船舶运输和管道运输，其中罐车运输包括汽车运输和铁路运输两种方式。
CO2 利用是指通过工程技术手段将捕集的CO2 实现资源化利用的过程。根据工程技术手段的不同，可分为CO2 地质利用、CO2 化工利用和CO2 生物利用等。其中，CO2地质利用是将CO2 注入地下，进而实现强化能源生产、促进资源开采的过程，如提高石油、天然气采收率，开采地热、深部咸（卤）水、铀矿等多种类型资源。
CO2 封存是指通过工程技术手段将捕集的CO2 注入深部地质储层，实现CO2 与大气长期隔绝的过程。按照封存位置不同，可分为陆地封存和海洋封存；按照地质封存体的不同，可分为咸水层封存、枯竭油气藏封存等。
同时新型技术生物质能碳捕集与封存（BECCS）和直接空气碳捕集与封存（DACCS）作为负碳技术受到了高度重视。BECCS 是指将生物质燃烧或转化过程中产生的CO2进行捕集、利用或封存的过程，DACCS 则是直接从大气中捕集CO2，并将其利用或封存的过程。
2019年，煤炭占中国能源消费的比例高达58%，随着中国和其他国家碳中和目标逐渐明确，据估计到2050年，化石能源仍占中国能源比例的10%~15%。CCUS是实现化石能源近零排放的唯一技术选择。同时碳中和需要电力系统大幅提高非化石电力比例，但是非化石电力比例增大会导致供给端不确定性增大，影响电力系统的稳定性。而CCUS适用于火力系统，可以提供稳定清洁的地毯电力，平衡可再生能源的波动性。
除此之外，水泥行业通过采取其他常规减排方案后，仍将剩余48% 的碳排放量。CCUS是钢铁水泥等难以减排行业实现净零排放的可行技术选择。
全球陆上理论封存容量为6~42 万亿吨，海底理论封存容量为2~13 万亿吨。在所有封存类型中，深部咸水层封存占据主导位置，其封存容量占比约98%，且分布广泛，是较为理想的CO2 封存场所。
国际能源署(IEA) 可持续发展情景(Sustainable Development Scenario) 的目标是全球于2070 年实现净零排放，CCUS 是第四大贡献技术，占累积减排量的15%。CCUS的角色大致可以分为三个阶段：
第一阶段是2030 年之前，重点将放在已有发电厂和工业过程的碳捕集，比如煤电、化学制品、肥料、水泥以及炼钢冶金。
第二阶段为2030年到2050年，CCUS将快速增加，尤其是水泥、钢铁和化工产业中占碳捕集增量的近三分之一。
第三阶段2050年到2070年，捕集比前一阶段增长85%，其中45%来自BECCS，15%来自DAC。
根据国内外的研究结果，碳中和目标下中国CCUS 减排需求为：2030年0.2~4.08 亿吨，2050 年6~14.5 亿吨，2060 年10~18.2 亿吨。
目前主要发达国家和地区的CCUS发展路径：
- 美国在2020年新增12个CCUS商业项目，运营的CCUS项目增加到38个，约占全球运营项目总数的一半，CO2捕集量超过3000万吨。美国CCUS 项目可以通过联邦政府的45Q 税收抵免和加州政府的低碳燃料标准获得政府和地方的财政支持。这种方式使得投资企业可以确保CCUS项目的现金流长期稳定，并大大降低了项目的财务风险，从而鼓励企业投资新的CCUS 项目。
- 欧盟在2020年有13个商业CCUS项目正在运行，其中爱尔兰1个，荷兰1个，挪威4个，英国7个。另有11个项目计划在2030年前投运。欧洲主要的商业设施集中于北海周围，内陆低于CCUS项目进展较为缓慢。与美国不同，欧洲CCUS 项目的CO2 减排价值主要依靠欧盟碳交易市场(EU ETS)和EOR 来体现。
目前中国CCUS现状：
中国目前已投运或建设中的CCUS示范项目约为40个，捕集能力300万吨/年。多以石油、煤化工、电力行业小规模的捕集驱油示范为主，缺乏大规模多种技术组合的全流程工业化示范。中国已具备大规模捕集利用与封存CO2 的工程能力，正在积极筹备全流程 CCUS 产业集群。国家能源集团鄂尔多斯 CCS 示范项目已成功开展了10万吨/ 年规模的CCS 全流程示范。中石油吉林油田EOR 项目是全球正在运行的21 个大型CCUS 项目中唯一一个中国项目，也是亚洲最大的EOR 项目，累计已注入CO2 超过200 万吨。
安徽海螺水泥股份有限公司白马山水泥厂二氧化碳捕集项目
CCUS技术
捕集技术：燃烧后捕集技术是目前最成熟的捕集技术，可用于大部分火电厂脱碳改造，国华锦界电厂开展的15 万吨碳捕集与封存示范项目正在建设，是目前中国规模最大的燃煤电厂燃烧后碳捕集与封存全流程示范项目。富氧燃烧技术是最具潜力的燃煤电厂大规模碳捕集技术之一，产生的CO2 浓度较高( 约90%~95%)，更易于捕获。可用于新建燃煤电厂和部分改造后的火电厂。当前第一代碳捕集技术发展渐趋成熟，主要瓶颈为成本和能耗偏高；第二代技术（如新型膜分离技术、新型吸收技术、新型吸附技术、增压富氧燃烧技术等）仍处于实验室研发或实验阶段，技术成熟后其能耗和成本会比第一代技术降低30%以上，2035年以后有望大规模推广。
输送技术：在现有CO2 输送技术中，罐车运输和船舶运输技术已达到商业应用阶段，主要应用于规模10 万吨/ 年以下的CO2 输送。中国已有的CCUS 示范项目规模较小，大多采用罐车输送。华东油气田和丽水气田的部分CO2 通过船舶运输。管道输送尚处于中试阶段，吉林油田和齐鲁石化采用路上管道输送CO2。
利用与封存技术：CO2 地浸采铀技术已经达到商业应用阶段，EOR 已处于工业示范阶段，EWR已完成先导性试验研究，ECBM 已完成中试阶段研究，矿化利用已经处于工业试验阶段。中国CO2-EOR 项目主要集中在东部、北部、西北部以及西部地区的油田附近及中国近海地区。在化工转化利用方面仍存在一些技术瓶颈尚未突破。生物利用主要集中在微藻固定和气肥利用。
新疆克拉玛依石油炼化厂变压吸附（PSA)
新疆油田二氧化碳罐车井口注入
在目前的技术条件下，CO2-EOR （CO2强化咸水开采）和CO2-EWR （CO2驱油技术）可以开展大规模的示范，并可在特定的经济激励条件下实现规模化CO2 减排。CCUS 源汇匹配主要考虑排放源和封存场地的地理位置关系和环境适宜性。250km 是不需要CO2 中继压缩站的最长管道距离，建设成本比较低，因此常常作为中国源汇匹配分析中的距离限制，超过250km一般不做考虑。
中国CCUS技术类型和发展阶段
CCUS成本评估
中国CCUS 示范项目整体规模较小，成本较高。运行成本主要设计捕集、运输、封存、利用这四个主要环节。各环节成本如下表所示：
以火电为例，安装碳捕集装导致的成本增加为0.26~0.4 元/kWh。在宝钢( 湛江) 工厂启动一个CCUS 项目，CO2 年捕集能力为50 万吨( 封存场地在北部湾盆地，距离工厂100
km 以内)，需要投资5200 万美元。综合固定成本和运行成本，总减排成本为65 美元/ 吨CO2。除此之外CCUS能耗主要集中在捕集阶段，醇胺吸收剂是目前从燃煤烟气中捕集CO2 应用最广泛的吸收剂，但是该方法在运行过程中能耗过高，达到4.0~6.0 MJ/kgCO2。
CCUS是未来行业实现碳中和的必经之路，目前正处于实验测试和规模化试用阶段。规划布局CCUS基础设施建设，大规模地开展CCUS示范与产业化集群建设，突破规模化CCUS全流程相关技术瓶颈，推进CCUS技术更替、示范项目是国家未来几十年脱碳的新锚点。
参考文献：中国二氧化碳捕集利用与封存（CCUS）年度报告（2021）――中国CCUS路径研究
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