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          生態文明建設的倡導者  綠色生活創建的踐行者

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          【綠色產業投資】碳捕獲、利用與封存未來發展趨勢與挑戰|中國投資

          2023/9/8 10:10:54   中國投資參考      人氣:19651

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          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工業有限公司

          導讀

          隨著科技的不斷進步和創新,CCUS技術將不斷優化和改進,主要圍繞二氧化碳捕集率、利用率、封存率和安全性的提高,降低成本和風險等領域

          ●CCUS未來的發展趨勢 

          ●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,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、實現可持續發展和應對環境污染具有重要意義。

          CCUS未來的發展趨勢

          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,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域實施了多項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:美國是全球最大的煤炭生產國之一,煤炭行業也是溫室氣體排放的重要來源之一。美國政府在煤炭行業中實施了多個CCUS項目,例如,在美國懷俄明州運營的Petra Nova項目,每年能夠捕獲并封存約140萬噸二氧化碳。

          澳大利亞煤炭行業: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中實施的CCUS項目,例如,在澳大利亞昆士蘭州運營的Gorgon項目是一個重要的碳捕獲和封存項目,每年能夠捕獲并封存約300萬噸二氧化碳。

          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區域之一,如在挪威運營的Snohvit項目是典型的CCUS項目,每年能夠捕獲約70萬噸二氧化碳。

          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域實施了多個CCUS項目,啟動了我國首個百萬噸級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,項目將充分發揮公司上下游一體化優勢,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,實現變廢為寶,每年可減排二氧化碳100萬噸,相當于植樹近900萬棵。此外,中國石化南化研究院也是國內碳捕集、利用與封存技術領域的領先企業,擁有國內領先、國際先進的二氧化碳捕集技術,應用范圍廣泛,包括傳統的合成氣二氧化碳捕集到天然氣、煉廠氣、EO/EG循環氣、F-T合成循環氣、各種煙氣、高爐氣、窯氣等領域。

          中國神華集團:該公司是中國最大的煤炭企業之一,在煤炭開采和燃燒過程中實施了多項CCUS項目。該公司在內蒙古、新疆等地的多個礦區,通過捕獲并封存礦區內的二氧化碳,減少了溫室氣體排放,同時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之一,在火電行業實施了多項CCUS項目。該公司在上海、河北等地的多個發電廠實施了碳捕獲和封存項目,通過捕獲并封存發電廠產生的二氧化碳,減少了電力行業中溫室氣體的排放。

           2.技術創新將推動CCUS產業的發展

          隨著科技的不斷進步和創新,CCUS技術將不斷優化和改進,主要圍繞二氧化碳捕集率、利用率、封存率和安全性的提高,降低成本和風險等領域。未來,技術創新將成為推動CCUS產業發展的重要動力,將有更多的企業和研究機構投入到CCUS技術的研究和開發中。

          CCUS是一種綜合性的技術,包括碳捕獲、碳運輸、碳利用和碳封存等多個環節。以下是部分CCUS新技術和應用的舉例:

          在碳捕獲技術方面

          目前,已經有一些成熟的技術應用于實踐中,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中的關鍵材料之一,例如分子篩、硅膠、活性炭等。然而,這些材料存在一些缺點,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,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。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、低腐蝕性等特點的新型吸收材料正在加速攻關。

          在新型膜分離技術方面,目前,一些成熟的膜分離技術包括聚合物膜、陶瓷膜等,這些膜具有高選擇性、低能耗等特點,能夠有效提高碳捕獲的效率和效果。除了上述新技術外,還有一些其他的碳捕獲新技術正在研究和開發中,例如基于太陽能或風能的碳捕獲技術、基于生物質的碳捕獲技術等。這些新技術具有很大的潛力和發展前景,但需要進一步研究和驗證其可行性和經濟性。

          碳運輸是CCUS的重要環節之一,將捕獲的二氧化碳通過管道、船舶、車輛等方式運輸到目的地。目前,碳運輸技術已經比較成熟,車輛運輸為目前主要運輸方式,未來,將采用管道運輸的方式進行長距離運輸,中國石化已經建設了國內首條百萬噸級二氧化碳輸送管道,全長109公里,是目前國內規模最大、輸送距離最長的二氧化碳輸送管道。

          在碳利用技術方面

          碳利用是CCUS的重要環節之一,將捕獲的二氧化碳轉化為有價值的化學品或材料。目前,已經有一些成熟的碳利用技術應用于實踐中,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正在研究和開發中,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、電學和化學性能,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境中被微生物分解,減少對環境的污染。

          在碳封存技術方面

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

          3.多樣化的應用場景將不斷拓展

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

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

          (2)工業領域:例如石油、化工、鋼鐵等。在這些行業中,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源之一。例如通過生物燃料和燃料電池等技術將二氧化碳轉化為能源。

          (4)農業領域:在農業領域,CCUS技術可以應用于土地管理和農作物生產中。例如,可以使用二氧化碳施肥來增加農作物的產量。

          (5)環境修復:例如通過捕集和封存二氧化碳來修復受損的生態系統,或者使用二氧化碳來促進植物生長和土壤肥力。

          上述應用場景表明,CCUS技術具有廣泛的應用前景和潛力。通過多樣化應用場景的探索和開發,可進一步推動CCUS技術的發展,為減緩氣候變化和促進可持續發展做出更大的貢獻。

          CCUS面臨的挑戰

          1.技術成本和經濟效益問題

          目前,CCUS技術成本較高,需要大量的能源和資金投入,對于一些企業和項目來說,可能會存在經濟效益的問題。未來,需要采取有效措施降低CCUS技術的成本,提高其經濟效益,使其能夠在更多的領域得到應用和推廣。

          CCUS技術成本和經濟效益因應用場景和地區而異。以下是一些關于CCUS技術成本和經濟效益的總結:

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

          (2)經濟效益方面:CCUS技術的應用可以帶來多種經濟效益,包括減少溫室氣體排放、提高能源效率、促進經濟發展等。具體而言,通過捕集和利用二氧化碳,可以促進二氧化碳資源的利用,減少能源消耗和溫室氣體排放;通過封存二氧化碳,可以減緩氣候變化和地質災害等風險;同時,CCUS技術還可以帶動相關產業的發展,促進就業和經濟增長。

          2.二氧化碳封存的安全性和環境風險

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

          3.政策法規和監管問題CCUS技術的實施需要政府支持和監管,同時也需要制定相應的政策和法規來規范其發展和管理,協同政府、企業和社會各方面的共同努力,建立科學合理的監管體系,促進CCUS技術的健康有序發展。

          4.社會認知度和接受度問題CCUS技術對于一些公眾來說可能存在認知度和接受度的問題,需要加強宣傳和教育,提高公眾的認知度和接受度,增強社會對CCUS技術的支持和參與度。

          “綠色產業投資”專欄由中國低碳網發起成立的中國綠色碳匯基金會碳中和促進基金與《中國投資》雜志社共同合辦

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