李阳：双碳时代 让碳捕集、利用与封存驶上发展快轨

2020年9月，习近平总书记在第七十五届联合国大会一般性辩论上指出，中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，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。这一庄严承诺，为我国能源产业发展指明了目标与方向。

2021年3月5日，国务院总理李克强在第十三届全国人民代表大会第四次会议所作的政府工作报告中明确指出：“落实2030年应对气候变化国家自主贡献目标,加快发展方式绿色转型……扎实做好碳达峰、碳中和各项工作，制定2030年前碳排放达峰行动方案……中国作为地球村的一员，将以实际行动为全球应对气候变化作出应有贡献。”

毋庸讳言，我国“双碳”时期已经到来。由此，作为以传播石油科学为己任的“石油科学传播”微信公众平台，关注到了一个与我国“双碳”承诺密切相关的话题——CCUS。围绕这一话题，石油科学传播近日对中国工程院院士李阳进行了专访。

石油科学传播：请李院士为我们普及一下什么是CCUS？

李阳：随着全球温度上升，气候变化加剧，严重影响人类经济社会发展、生命健康、粮食安全、生态系统等方面，以CO2为主的温室气体排放是造成气候变化的重要原因。自工业化以来，随着大量化石能源的使用，人为二氧化碳(CO2)气体排放量大幅增加，使得大气中二氧化碳浓度明显上升，导致全球气候系统变暖。

CCUS是Carbon Capture，Utilization and Storage（碳捕集、利用与封存）的英文缩写，是在CCS的基础上发展的新技术。CCS是通过碳捕集技术，将工业和有关能源产业所生产的二氧化碳分离出来，将其输送并封存到海底或地下，使其与大气隔绝，以保护大气环境。

CCUS与CCS不同，强调了对二氧化碳的资源化利用技术的研发和产业化，包括地质领域、化工利用和生物利用，通过将化石利用排放的二氧化碳或从空气中捕集的二氧化碳转化为燃料或化工产品，服务经济社会的发展，以大幅度减少碳排放。因此，CCUS就是通过不同的技术措施和应用模式，对人为当期或历史排放的CO2进行捕集、埋存和转化利用，减少排放到大气中的CO2。CCUS作为应对全球气候变化、控制温室气体排放的重要技术手段，国际社会都在积极推动CCUS技术发展与产业化应用。

石油科学传播：请李院士谈一谈CCUS技术的发展历程，以及目前在国际、国内分别呈现出怎样的发展态势？

李阳：早在上世纪70-80年代，北美地区就开展了二氧化碳驱油提高采收率的应用，大幅度增加了原油产量，同时，也实现了部分二氧化碳的埋存。我国由于缺乏大规模的二氧化碳气源，该项工作开展较少。

随着国际社会应对气候变化和碳减排行动计划的开展，上世纪80年代，联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）提出了CCS技术。2010年，我国科技界提出了碳捕集、碳资源化利用及碳封存并重发展的思路，形成了CCUS的理念。目前这一理念已被国际社会广泛认定。截至2020年年底，全球正在运行的大型CCUS示范项目有26个，每年可捕集封存二氧化碳约4000万吨。二氧化碳捕集技术的发展，为二氧化碳驱油提高采收率技术和项目实施提供了条件，也推动了化学转化和生物利用技术的发展。

随着全球应对气候变化和碳中和目标的提出，CCUS作为减碳、固碳技术，已成为多个国家碳中和行动计划的重要组成部分，英国、日本、澳大利亚等国家纷纷制定政策鼓励CCUS发展。英国提出投资2亿英镑用于碳捕集，计划于2030年实现每年捕获1000万吨二氧化碳；日本发布绿色增长战略，进一步降低捕集二氧化碳的技术成本，并将其扩展到EOR以外的应用领域；澳大利亚政府批复了5000万澳元，用于发展CCUS技术。

目前CCUS总的发展态势，主要表现在以下几个方面：一是捕集技术低成本化。由于电厂、钢铁、水泥等排放源排放的CO2浓度较低（多为10%-15%），直接封存效率低，运输和利用成本高，CO2捕集是CCUS的重要环节。但是目前捕集技术能耗和成本总体偏高，需要研发新一代低成本捕集技术。二是驱油和埋存工程规模化。挪威Sleipner项目1996年启动，是世界上第一个工业级的咸水层CO2埋存项目，每年约埋存100万吨二氧化碳。澳大利亚Gorgon是世界上最大的地质封存项目，2019年8月运行，每年捕集并封存340-400万吨二氧化碳。加拿大边界大坝项目是世界上第一批商业化规模的CCUS设施之一， 2014年10月开始运营，每年可捕集约为一百万吨二氧化碳，通过管道输送至萨斯喀彻温省Weyburn油田用于提高石油采收率。三是化工利用和生物利用技术研发快速发展，如CO2重整制备合成气、合成可降解聚合物技术、合成有机碳酸酯技术等研究已进入示范阶段；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新技术不断涌现。

我国非常重视CCUS技术发展，制定了多项科技支持计划。但整体来看，我国在CCUS技术发展方面，基础研究工作还较为薄弱，示范应用规模相对较小。双碳时代，需要进一步加快技术研发，加大重大示范引领力度，推动CCUS技术及产业化发展。

石油科学传播：CCUS研究的用途、价值、创新及亮点是什么？科研成果转化情况如何？经济效益能否测算？怎样测算？

李阳：控制温度继续升高已经成为全球共同的行动，碳中和更是全球气候变化治理的共同目标。但是受资源、技术局限或安全、经济等因素限制，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的，因此CCUS作为一种减碳、负碳技术，是应对气候变化不可或缺的技术。

对于CCUS在应对气候变化中的作用，国际能源署和政府间气候变化专门委员会都建立了相应的情景模型，对CCUS在碳减排中的价值和地位进行预测和评价。根据IEA预测，CCUS在2030、2050、2070年的减排贡献将占全球总排放的4%、12%、85%。

对于CCUS的创新，主要有三个亮点，一是多能互补耦合利用。CCUS技术离不开能源的使用，而将CCUS与可再生能源进行耦合，利用可再生能源为捕集和转化技术提供热力和能量供给，拓宽了清洁能源应用空间、延展了清洁固碳产业链。二是资源化利用。将二氧化碳作为一种资源或过程产物，通过化学或生物转化，将气态CO2固定在各种碳化合物中，实现CO2资源化利用，减少二氧化碳排放到大气。主要包括CO2化工利用和生物转化利用，这两种方式都不仅能实现CO2减排，还可以创造较高收益。三是CCUS全生命周期碳减排技术与评价，即考虑CCUS技术在二氧化碳捕集、利用和封存过程中，消耗能源造成的二次排放CO2量，又考虑二氧化碳资源化利用和封存所产生经济和社会效益，从全过程、全生命周期角度，对CCUS封存与固碳进行能量、环境、经济多维度分析，全面评价总碳减排量、减排贡献度、碳减排经济性等指标，推动CCUS技术发展。

应该说，目前CCUS技术及产业发展正处于研发和示范阶段，存在捕集能耗高、成本高，源-汇匹配性差、产业模式不成熟，资源化利用转化效率低，驱油利用技术成熟但示范规模小等问题，大规模推广还面临很多挑战。

对CCUS项目进行效益评价有多种方法，目前常用的全生命周期评价方法，是在二氧化碳转化利用和埋存的过程中发生的成本、实现的减排和固碳量，以及产生的直接经济和社会效益。比如在驱油过程中，中国石化草舍油田平均平衡油价45美元/桶左右。

石油科学传播：我国确立碳达峰、碳中和的“双碳”目标后，此项技术的意义提升到了怎样的高度？其深远的影响力又是什么？

李阳：碳达峰、碳中和行动已经成为国家战略。从我国国情来看，我们的“双碳”目标与国外发达国家到2050实现碳中和有50-70年左右的窗口期不同。我国距离二氧化碳达峰目标不足10年、碳中和的过渡期只有30年时间。同时，碳基能源目前仍是我国能源结构的主体。2019年煤炭消费在我国一次能源消费占比57.7%，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。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，发达国家的2-3倍。双碳目标行动计划将使我国能源结构、产业结构以及人们生活方式产生革命性的变化，也意味着我国实现碳中和目标需要付出更多努力。CCUS作为碳中和必不可少的一种手段，在碳中和目标的实现过程中将发挥更大作用，也必将催生新的产业。

石油科学传播：CCUS，U是指碳利用，请谈一谈您在利用二氧化碳驱油、提高原油采收率方面取得了哪些成就？攻克了哪些技术难题？请结合具有典型性的油田系统谈一谈。另外，除了碳驱油，是否还有其他方面的碳利用？前景如何？

李阳：近年来，致力于二氧化碳捕集及驱油提高采收率技术的研究与工程化，中国石化在二氧化碳捕集、驱油和产出二氧化碳回收利用技术方面取得了重大进展，建成了松南气田高碳天然气处理厂、胜利油田发电厂及中原油田化工厂捕集应用全流程项目，驱油应用的领域包括低渗透油藏、高含水油藏。

如胜利油田电厂烟道气CO2捕集与EOR全流程示范工程项目。胜利发电厂燃煤烟道气中体积浓度约14%。研发了MEA为主的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；进行压缩、液化，最终把纯度达99.5%的CO2输送至胜利低渗透油藏进行驱油和封存，项目于2010年9月投产。胜利油田CO2气驱试验区块累计增油8.6万吨，换油率0.28 t/tCO2 ，CO2封存率90%，实现了增加原油产量和二氧化碳埋存的双赢。

二氧化碳利用领域非常广泛。在地质资源利用方面，二氧化碳除用来驱油以外，还用来强化天然气、煤层气、地层深部咸水、水合物等资源开采。在二氧化碳化工利用方面展现出良好发展前景，已经形成了多种碳转化的可行路径。如CO2在高温高压和催化剂的作用的条件下，转化为甲酸、甲烷等技术，既是一种碳物质转化，也是一种能源转换形式。在生物利用方面也取得较大进展。CO2生物转化是通过植物光合作用等，将CO2用于生物质的合成，从而实现CO2资源化利用，如微藻固定CO2转化为生物燃料和化学品、微藻固定CO2转化为生物肥料、微藻固定CO2转化为食品和饲料添加剂等技术，已经进入中试阶段。

总之，随着“双碳”目标逼近，CCUS的战略定位更加明确，能源供给侧，环保需求侧求侧来看，其产业化发展前景可期。

——双碳时代，CCUS将驶上发展快轨。

院士简介：李阳，中国工程院院士,油气田开发地质、开发工程专家。1982年毕业于华东石油学院石油地质专业，曾任中国石化股份公司副总工程师、国家“973”项目首席科学家，现任国家重大专项“大型油气田及煤层气开发”技术副总师。获国家科技进步二等奖6项、国家发明二等奖1项、授权国家发明专利20余件。近年来，对“中国CCUS进展和产业化前景”深有研究，多有建树。