雙碳大背景下，二氧化碳的捕集、利用與封存注定會演化成一種新的產(chǎn)業(yè)模式。
這幾年，人類對二氧化碳的興趣變得越來越濃厚了。國際內(nèi)外，不管是企業(yè)、地方，還是科研機構(gòu)紛紛參與進來，促使二氧化碳的捕集、利用、封存（CCUS）成為了一個新的熱點。在油氣領域，中國石油、中國石化、油服企業(yè)等也都將CCUS作為工作的重點內(nèi)容，積極推動技術的研發(fā)和應用。這不，中國石油與國家能源集團在CCUS方面又有了新消息。近日，國家能源集團寧夏300萬噸/年的CCUS示范項目迎來重要突破，其一期工程——50萬噸/年二氧化碳捕集液化工程順利產(chǎn)出合格液態(tài)二氧化碳。接下來，這個工程產(chǎn)出的二氧化碳將被用于長慶油田的驅(qū)油封存工程。現(xiàn)在，類似于這樣的項目越來越多了。
01 這是一個標桿工程
二氧化碳原本是一種普通的氣體，煤炭、石油、天然氣等化石能源燃燒的過程中都可以產(chǎn)生，大氣中的含量也只有0.036%。隨著人類對環(huán)境、氣候等的認識越來越深入，才意識到二氧化碳還是引起地球溫室效應的元兇，之后一頂溫室氣體的帽子便戴在了它的頭上。為了降低空氣中二氧化碳的含量，人類想出了兩種路徑：一種是減少排放，主要通過能源替代和節(jié)能降耗等策略實現(xiàn)。對于這種路徑有一個重要的問題是，能源替代不是一朝一夕可以完成的，節(jié)能降耗最終還是會排放二氧化碳，只是排放的少了。這就要說到另一種路徑，捕集空氣中的二氧化碳，或者在煤炭、石油、天然氣燃燒、消耗的過程中直接將產(chǎn)生的二氧化碳收集起來加以利用、封存。這一路徑也成為人類現(xiàn)在重點推進的方向。國家能源集團在寧夏的300萬噸/年的CCUS示范項目就是這一路徑的代表。該項目是建立在寧夏煤業(yè)公司煤炭產(chǎn)業(yè)鏈基礎之上的。寧夏煤業(yè)是寧夏回族自治區(qū)最大的煤炭企業(yè)，主營煤炭和煤制油化工兩大板塊，煤炭產(chǎn)能8360萬噸，煤制油化工板塊形成405萬噸合成油品，360萬噸甲醇、200萬噸聚烯烴、6萬噸聚甲醛、100萬噸其他化工品的產(chǎn)能規(guī)模。這些產(chǎn)業(yè)組合每年都會產(chǎn)生大量的二氧化碳排放。寧夏煤業(yè)則在這些二氧化碳上做起了文章，準備發(fā)展“寧東基地碳源捕集工程”，也即寧夏300萬噸/年CCUS示范項目的部分工程。另一部分則是中國石油長慶油田“長慶油區(qū)（寧夏）驅(qū)油封存”工程。項目的主要碳源是煤制油化工基地煤制油分公司和烯烴一分公司低溫甲醇洗裝置排放的高純二氧化碳。一期工程將碳源經(jīng)制冷、液化和部分精餾后，作為液態(tài)二氧化碳產(chǎn)品通過汽車分別輸送至長慶油田驅(qū)油和煤礦井下綜合利用。近日，一期工程已經(jīng)順利產(chǎn)出合格的液態(tài)二氧化碳。后期，二期和三期工程會將碳源經(jīng)預處理、加壓后，作為超臨界二氧化碳產(chǎn)品通過長輸管道輸送至長慶油田驅(qū)油，其中部分還可以用于礦井滅火及周邊市場。建成后，這將成為中國最大的碳捕集利用與封存全產(chǎn)業(yè)鏈示范基地。
02 CCUS規(guī)模不斷壯大
有了中國石油、國家能源集團這樣的企業(yè)領頭加入，目前我國CCUS領域的投入不斷增加，CCUS示范項目的規(guī)模明顯擴大，并形成了一定規(guī)模的產(chǎn)業(yè)鏈。然而，這些產(chǎn)業(yè)都還處于初期階段。這是因為CCUS想要實現(xiàn)商業(yè)化，甚至大規(guī)模商業(yè)化可以說是挑戰(zhàn)重重。一條完整的CCUS產(chǎn)業(yè)鏈包括二氧化碳的捕獲、運輸、利用與封存。就捕獲環(huán)節(jié)看，主要有燃燒后捕集、燃燒前捕集、富氧燃燒和化學鏈燃燒技術。在運輸環(huán)節(jié)，二氧化碳可以通過管道、船舶、鐵路、公路等多種形式運輸。運用與封存環(huán)節(jié)，可以將二氧化碳轉(zhuǎn)化為高附加值產(chǎn)品，如甲醇、合成烯烴、水泥、化肥等，同時也可以將其封存于巖層中。在油氣行業(yè)，二氧化碳通常被用于驅(qū)油或者壓裂。單就二氧化碳的捕獲環(huán)節(jié)而言，不同行業(yè)排放的二氧化碳捕集成本就有著很大的差別。據(jù)2022年數(shù)據(jù)，水泥是我國碳捕集成本最高的行業(yè)，達到430~650元/噸。燃煤發(fā)電和鋼鐵行業(yè)的CO?捕集成本分別為300~450元/噸和348~560元/噸。煤化工行業(yè)中高濃度的CO?捕集成本則可以做到低于100元/噸。在運輸和封存環(huán)節(jié)，由于我國CCUS基礎設施建設相對滯后，缺少大規(guī)模運輸管網(wǎng)，所以主要采用罐車運輸，而目前公路罐車運輸?shù)某杀緸?.9~1.4元/(噸·km)。相比之下，管道運輸成本約0.8元/(噸·km)，更具有優(yōu)勢。而終端的陸上CO?封存成本為50~60元/噸。這一套流程運行下來，要發(fā)展CCUS還真得付出高昂的代價。這還不考慮捕集過程中的能耗、封存及運輸面臨的技術瓶頸等等問題?，F(xiàn)在的CCUS項目主要通過地質(zhì)驅(qū)油（CO?-EOR）和銷售工業(yè)級、食品級CO?來獲得收入。中國石化建設的齊魯石化-勝利油田CCUS項目，是我國規(guī)模最大的CCUS全流程項目，也是石化零碳產(chǎn)業(yè)鏈構(gòu)建示范項目，現(xiàn)在已經(jīng)進入商業(yè)化運營階段。但是，像這樣進入商業(yè)化運營的并不多，且大多數(shù)并不盈利。至于大規(guī)模的商業(yè)化階段，CCUS還需要走較長一段時間。
03 CCUS是個“潛力股”
CCUS這條路不僅難，而且還非走不可。如果從挑戰(zhàn)的角度來看，CCUS往前每走一步都要面臨眾多難題。那如果從背景、目標或者前景的角度去看，CCUS也確實是人類緩解環(huán)境問題的重要路徑。為了降碳并支持CCUS的發(fā)展，國內(nèi)、外都發(fā)布了相關的政策。美國最有代表性、同時也是扶持力度最大的是45Q稅收抵免政策，抵免期限最長可達12年。歐盟在2006年就將其明確為應對能源安全與氣候變化挑戰(zhàn)的三大政策優(yōu)先項目之一。截至目前，我國已出臺超過70個涉及碳排放管理的政策文件，涵蓋規(guī)劃、意見、公告、標準以及路線圖等多個層面。就在今年7月份，國家發(fā)改委、國家能源局發(fā)布的《煤電低碳化改造建設行動方案（2024—2027年）》中也再一次提及了碳的捕集利用與封存。而且，CCUS項目在某些領域還起著重要的作用，成為提升經(jīng)濟效益的手段，比如助力油氣田的開發(fā)。1967年，前蘇聯(lián)的油氣科學家在油氣開發(fā)階段，對油藏注入了二氧化碳，盡管試驗的油藏地質(zhì)條件各異，但最終都取得了好的應用效果。從此，為了提高油氣田的采收率，在地層中注入二氧化碳的行為就逐漸在油氣領域發(fā)揚光大。美國是二氧化碳驅(qū)發(fā)展最快的國家。在美國的大部分油田驅(qū)替方案中，注入的體積二氧化碳約占烴類孔隙體積的30%，提高采收率的幅度為7%-12%。我國在這一方面起步較晚，但近年來也取得了飛速的發(fā)展。中國石油、中國石化、中國海油等大型企業(yè)都有相關項目在推動或者已經(jīng)投產(chǎn)。實際上，CCUS不止在油田，在生物利用、化工等領域也展現(xiàn)出廣闊的應用前景。目前，我國已投運和建設中的CCUS示范項目有49個，集中在華東和華北地區(qū)，雖然目前已投運的項目規(guī)模較小，但正在規(guī)劃的項目規(guī)模卻有著逐漸增大的趨勢。全球范圍內(nèi)也有越來越多的國家加入到CCUS項目中來。據(jù)國際能源署數(shù)據(jù)，截至2024年3月，全球范圍內(nèi)CCUS商業(yè)項目數(shù)量已達839個。其中，處于運行階段的CCUS項目共計51個，年碳捕集能力達5050萬噸；處于在建或規(guī)劃階段的CCUS項目共計788個，年碳捕集能力達3.9億噸。項目增多也意味著隨之而來的機會越來越大。據(jù)伍德麥肯茲預計，CCUS將在未來十年為全球帶來1960億美元的投資機會。說CCUS長期前景好還有一個重要的原因：全球碳市場的崛起。自碳交易市場啟動以來，國際、國內(nèi)大型企業(yè)開始逐步加入到購買碳配額的隊伍中。就拿我國來說，截至2024年7月中旬（開市3年），市場累計交易了約4.65億噸碳排放配額，交易總額接近270億元人民幣（約合37億美元）。后期，碳市場碳排放的成本或許還將繼續(xù)上升，CCUS作為重要的負碳技術，更有可能成為企業(yè)進行深度減排的工具，從而刺激CCUS的發(fā)展。反過來看，如果負碳的CCUS具有某種盈利性，也會刺激更多的企業(yè)參與其中。
