中国碳捕集、利用与封存技术发展路线图研究

 

《中国碳捕集、利用与封存技术发展路线图研究》较系统地评估了中国碳捕集、利用与封存（CCUS）技术发展现状，提出中国CCUS技术发展的愿景和未来20年的技术发展目标，识别出各阶段应优先开展的研发与示范行动，并针对中国全流程CCUS示范部署、研发与示范技术政策和产业化政策研究等提出建议。有助于增进读者对CCUS技术的认识，在应对气候变化的背景下正确评价该技术的地位和作用，从而推动该技术的发展，增强中国应对气候变化的能力。
《中国碳捕集、利用与封存技术发展路线图研究》可供相关管理部门的工作人员使用，也可供从事相关行业的项目管理、开发、咨询人员，以及相关领域的教学与研究人员参考。

中文目录
总序
摘要
第1章 引言
第2章 形势与挑战
2.1 中国发展CCUS技术的基础
2.2 已开展的工作
2.3 技术现状评估
第3章 愿景与目标
第4章 优先行动
4.1 捕集技术
4.2 运输技术
4.3 利用技术
4.4 封存技术
4.5 全流程CCUS技术示范部署策略
第5章 支撑政策
5.1 加强研发与示范的政策建议
5.2 推动产业化政策研究的建议
5.3 加强国际技术合作与技术转移
第6章 其他相关问题
英文目录
Preface
Executive Summary
1 Introduction
2 Current Status and Challenges
2.1 Basics for Development of CCUS in China
2.2 Current Efforts
2.3 Assessment of Present Technology
3 Vision and Phased Goals
4 Prioritized Technologies and Actions
4.1 Capture Technology
4.2 Transportation Technology
4.3 Utilization Technology
4.4 Storage Technology
4.5 Strategy for Full-chain CCUS Demonstration and Deployment
5 Supporting Policies
5.1 Policy Recommendations on CCUS R&D and Demonstration
5.2 Policy and Research Recommendations on Future Deployment
5.3 Recommendations on International Technology Cooperation and Transfer
6 Other Issues

摘要
中国能源结构以煤为主，CO2排放量大且持续增长，因此面临严峻的减排压力。同时，原油对外依存度已超过50%，能源供应安全问题不断突显。作为一项有望实现化石能源大规模低碳利用的新兴技术，碳捕集、利用与封存（CCUS）技术将可能成为未来中国减少CO2排放和保障能源安全的重要战略技术选择。
中国发展CCUS技术的基础条件包括：CO2集中排放源多、CO2理论封存潜力可观、有多种较具前景的CO2利用途径等。同时，中国CCUS技术的发展也面临经济社会发展水平较低、地质条件复杂、人口摘密度大等多方面的挑战。近年来，通过加强政府研发投入以及国际合　
　
作，中国CCUS技术的发展取得了较大进步，在CCUS技术链各环节都要已具备一定的研发与示范基础，但在相关基础研究、核心技术的研发和掌握上与国际领先水平还存在一定的差距。
经广泛调研和研讨，本路线图研究提出中国CCUS技术发展的愿景：为应对气候变化提供技术可行和经济可承受的技术选择，促进经济社会可持续发展。本路线图还提出了当前至2030年分阶段的发展目标：
（1）到2015年，突破低能耗捕集关键技术，建立封存安全保障研发体系，开展全流程中试及示范，实现系统规模30万t/a以上、能耗增加25%以内、成本350元/t左右。

（2）到2020年，建立封存安全保障体系，建成百万吨级全流程CCUS技术示范，实现能耗增加20%以内、成本300元/t左右。

（3）到2030年，具备CCUS全流程项目设计、建设和运营的产业　　
　
化技术能力，实现系统规模100万t/a以上、能耗增加17%以内、成本240元/t以内。为实现上述愿景和目标，路线图识别出CCUS各技术环节基础研究、技术研发和示范的优先技术方向，包括：

（1）围绕捕集技术，加强CO2吸收、吸附、膜分离、化学链燃烧等基础研究，开发先进吸收剂、分离膜、固体吸附剂，突破热集成与热耦合、高效催化剂、H2/CO2分离、富氢燃机、低能耗制氧、先进载氧体等关键技术，开展不同捕集技术方向的工业规模示范。

（2）围绕输送技术，加强超临界CO2管道输送相关基础研究，开展管道/管网输送设计、规划与标准体系研究，突破大规模、远距离管道输送安全保障技术，形成完整的CO2输送工艺、设备制造能力。

（3）围绕利用技术，加强CO2驱油、驱气、生物、化工利用等基础研究，开展CO2驱油、驱气与封存潜力评价，开发高活性高稳定催化剂和专属反应器，培育固碳高效藻种，突破场地评价与筛选、注采防腐、监测与调控一体化关键技术，大规模生物培养、采集、深加工与多联产一体化关键技术，形成多种CO2化工利用的全过程系统优化集成系统。

（4）围绕地质封存技术，加强地质封存机理研究，开展全国范围的地质封存潜力评价，开发场地选址、安全性评价技术与标准，突破监测与补救技术，建立以封存选址与工程实施指南及安全环境评价标准为核心的封存安全保障体系。

此外，必须重视新型CCUS技术的研发，开展包括创新型捕集技术、矿物封存、岩腔封存、玄武岩封存、非纯CO2封存，以及CO2封存采水、采热、采矿、增采页岩气、采天然气水合物等新颖的封存利用方法和技术的研究。
在各方面资源有限的条件下，中国CCUS技术全流程示范应重点部署、逐步推进。全流程CCUS技术示范项目的部署应充分考虑技术　　组合的减排潜力、减排成本（经济性）、减排风险（安全性）和发展
潜力等指标。经专家评议，路线图筛选出近10种不同的全流程技术组合示范，并提出各技术组合在不同时间节点上示范规模的建议，主要的结论性建议包括：
（1）应尽早开展全国范围系统的利用和封存潜力评估，更准确掌握中国CCUS技术的应用潜力。

（2）煤化工等高浓度排放源捕集成本较低，应率先开展全流程技术示范；燃煤电厂排放量大、点源多，也应及时开展全流程示范，在技术方向选择上，燃烧后捕集、燃烧前捕集和富氧燃烧技术示范机会应尽量均衡。

（3）CO2驱油技术成熟度高、陆上咸水层封存的潜力巨大，应优先部署CO2驱油和陆上咸水层封存的全流程技术示范。

（4）积极稳妥地推进CO2驱油、陆上咸水层与多种捕集方式的集成示范和规模放大，逐步在2030年前形成100万t/a及以上规模的示范工程。

（5）加强创新型低成本高效CO2利用技术的研究，早期技术示范摘
　可考虑与其他集成系统结合开展。　要
（6）全流程示范项目在鄂尔多斯盆地、松辽盆地、渤海湾盆地和准噶尔盆地等有较多的机会，具体示范项目的确定应综合考虑成本、安全、环境等因素。
CCUS技术具有跨部门、跨领域、空间规模大、时间跨度长、投资大、风险大等特点，需要适当的政策支持技术研发与示范。为实现路线图的目标，应进一步推动CCUS研发与示范的统筹协调与规划、加大支持力度、建立跨行业的产学研平台，加强包括监管、产业链协作机制、融资机制、基础设施、知识产权等未来产业化关键政策的研究，积极促进CCUS的国际合作与技术转移，推动CCUS技术在中国的发展。
本书是中国首次通过路线图编制为CCUS技术未来的研发和示范部署提供指导和建议的初步尝试，尚存在不少不足。今后，在经费支持条件到位，且各方面研究和数据基础更充分的情况下，将对本路线图进行完善和更新。此外，考虑到CCUS技术系统的复杂性，也可分别围绕工业或电力行业CCUS技术发展，或是围绕捕集、利用和封存各环节开展更深入的技术路线图研究。

引　　言
全球气候变化问题日益严峻，已经成为威胁人类可持续发展的主要因素之一，削减温室气体排放以减缓气候变化成为当今国际社会关注的热点。
碳捕集、利用与封存（CCUS）①是指将二氧化碳（CO2）从工业或其他排放源中分离出来，并运输到特定地点加以利用或封存，以实现被捕集CO2与大气的长期隔离（图1-1）。在众多温室气体减排技术方案中，CCUS是一项新兴的、可实现化石能源大规模低碳利用的技术。除了节能与提高能源效率、发展新能源与可再生能源、增加碳汇，CCUS技术将是未来减缓CO2排放的重要技术选择。因此欧美等发达国家和地区不断投入大量资金进行该技术的研发与示范，并积极推动相关政策、法规与机制的制定。当前全球已建、在建和计划建设的CCUS
章
1
　
引
　　
项目（包括单一捕集、利用或封存环节项目和同时考虑捕集、利用与封存的全流程项目）超过200个，其中全流程项目约70个。
中国是CO2主要排放国之一，煤炭利用所产生的CO2排放占工业碳排放总量的80%左右。中国以煤为主的能源结构短期内不会改变，随着经济的不断发展与人民生活水平的持续提高，未来CO2排放还将继续增长，中国也将面临越来越严峻的温室气体减排压力。此外，中国石油资源需求持续增加，原油对外依存度不断增高，发展考虑CO2捕集的煤液化或多联产系统，以及利用捕集的CO2提高石油采收率
①目前国际上使用较多的提法是碳捕集与封存（CCS）技术，将CO2资源化利用也作为该技术系统的组成部分则称CCUS，二者并没有本质的差别
第
言

图1-1　CCUS技术流程示意图注：示意图引自?IPCC关于二氧化碳捕获与储存的技术特别报告?，政府间气候变化专门委员会（IPCC），2005年，剑桥大学出版社，剑桥，英国。原图由CO2CRC制作并提供
（EOR），在减排CO2的同时，还有利于优化能源消费结构、保障能源安全。因此CCUS将可能成为未来中国减少CO2排放和保障能源安全的重要战略技术选择。
中国作为负责任的发展中大国，高度重视并积极应对全球气候变化。针对CCUS这项新兴的CO2减排技术，中国在多个科技政策文件中均明确了该技术的重要性，积极引导相关技术研发。?国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006―2020年）?在先进能源技术重点研究领域提出了“开发高效、清洁和CO2近零排放的化石能源开发利用技术”；?中国应对气候变化科技专项行动?明确将开发CO2捕集、利用与封存技术作为控制温室气体排放和减缓气候变化的重要任务。2011年7月发布的?国家“十二五”科学和技术发展规划?分别在“节能