碳捕集、利用與封存——低碳園區(qū)邁向零碳園區(qū)的“最后一公里”

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（本文發(fā)表于2025年第3期）

> 呼吸之間 視覺中國 / 供

零碳園區(qū)，“零碳與園區(qū)，最完美的組合，最創(chuàng)新的理念。”英國政府《2008年氣候變化法案》指出，零碳是在某個過程或環(huán)節(jié)中，碳排放量為零， 聚焦于碳排放的絕對平衡，通過技術(shù)手段和生態(tài)補償使碳排放與碳吸收完全抵消。在城市尺度上，園區(qū)上接城市，下連建筑樓宇這個城市最小的組成單元。園區(qū)是某幾個建筑形成的群體，建筑單體完成從低碳到零碳的目標(biāo)，便是園區(qū)實現(xiàn)從低碳到零碳的目標(biāo)。碳中和技術(shù)的每次創(chuàng)新，都極大地推動人類早日實現(xiàn)碳中和。碳捕集、利用與封存技術(shù)CCUS（Carbon Capture, Utilization and Storage）是碳中和最為關(guān)鍵的技術(shù)，可以實現(xiàn)零碳排放或負碳排放。如今，CCUS 技術(shù)便是從低碳到零碳、從低碳園區(qū)到零碳園區(qū)的“最后一公里”

從綠色、低碳到零碳

“綠色”，最初是為了解決環(huán)境保護和生態(tài)平衡問題而提出的一系列環(huán)保措施和理念，形容對自然環(huán)境具有友好和保護作用的事物或做法；“低碳”“零碳”概念起源于2003年聯(lián)合國環(huán)境署報告《減少全球溫室氣體排放：機會和挑戰(zhàn)》。自2020年9月22日第75屆聯(lián)合國大會上，中國向世界承諾2060年前力爭實現(xiàn)“碳中和”目標(biāo)后，為了穩(wěn)步快速實現(xiàn)“碳中和”目標(biāo)而正式提出“低碳”“零碳”理念。“低碳”是為降低碳排放，應(yīng)對全球變暖而提出的理念，是實現(xiàn)零碳的階段性任務(wù)；“零碳”是低碳發(fā)展的終極目標(biāo)，以2060年作為我國“ 碳中和” 節(jié)點， 也稱為“零碳”點，“零碳”概念包含目前已達“零碳”和未來在2060年達到“零碳”。在“碳中和”定義中強調(diào)“ 凈零”， 通常指“凈零碳排放”，主要是指二氧化碳、甲烷等所有溫室氣體要求在特定時間段內(nèi)實現(xiàn)排放與清除的總量平衡。

> 中國碳排放轉(zhuǎn)型時間線：

從達峰攻堅到中和決勝

從綠色園區(qū)、低碳園區(qū)到零碳園區(qū)

綠色園區(qū)：國家發(fā)展和改革委員會、 住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部、環(huán)境保護部等部門2016年發(fā)布《綠色園區(qū)規(guī)劃建設(shè)指南》，以可持續(xù)發(fā)展為目標(biāo)，以生態(tài)優(yōu)先、資源節(jié)約、環(huán)境友好、社會和諧為基本理念，通過綜合規(guī)劃、科學(xué)設(shè)計、系統(tǒng)管理等手段，促進城市經(jīng)濟、社會和環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的園區(qū)。

低碳園區(qū)：國務(wù)院2009年發(fā)布《關(guān)于加快發(fā)展低碳經(jīng)濟的若干意見》，通過應(yīng)用先進的節(jié)能技術(shù)和清潔能源技術(shù)，采取低碳、環(huán)保、可持續(xù)的發(fā)展模式，降低園區(qū)內(nèi)企業(yè)和機構(gòu)的碳排放和能源消耗，促進經(jīng)濟、社會和環(huán)境的協(xié)同發(fā)展。

零碳園區(qū)：《零碳高能效區(qū)域能源系統(tǒng)術(shù)語》T/CEEIA 給出了“零碳園區(qū)”概念，在一定區(qū)域范圍內(nèi)，通過能源、產(chǎn)業(yè)、建筑、交通、廢棄物處理及生態(tài)等多領(lǐng)域技術(shù)措施的集成應(yīng)用和管理機制的創(chuàng)新實踐，實現(xiàn)區(qū)域范圍全生命周期碳中和的綜合型示范工程。

零碳園區(qū)的概念來源于國際社會推動低碳經(jīng)濟發(fā)展的需求。自我國提出2060年實現(xiàn)“碳達峰、碳中和”目標(biāo)以來，低碳園區(qū)、零碳園區(qū)逐漸在中國興起。隨著全球氣候變化和環(huán)境問題的日益嚴峻，各國開始重視碳減排和可持續(xù)發(fā)展問題，零碳園區(qū)作為低碳經(jīng)濟的一種嘗試，在此背景下得以誕生。

“零碳園區(qū)”的建設(shè)：我國工業(yè)園區(qū)建設(shè)始于1979年，目前已經(jīng)形成由點到面、由沿海向內(nèi)地的推進式發(fā)展趨勢；2013年9月，我國正式組織開展國家低碳工業(yè)園區(qū)試點工作（工信部聯(lián)節(jié)函〔2013〕408號），通過試點建設(shè)，大力使用可再生能源，加快重點用能行業(yè)低碳化改造，推廣一批適合我國國情的工業(yè)園區(qū)低碳管理模式；2015年，國家工業(yè)和信息化部、發(fā)展改革委同意天津經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)等39家國家低碳工業(yè)園區(qū)試點實施方案（工信部聯(lián)節(jié)函〔2015〕450號）；2024年12月，中央經(jīng)濟工作會議首次提到“零碳園區(qū)”的概念，強調(diào)建立一批零碳園區(qū)，這標(biāo)志著我國工業(yè)園區(qū)實現(xiàn)了從高碳向低碳轉(zhuǎn)型，即將再由低碳向零碳轉(zhuǎn)型升級。

> “碳排放達峰”和“碳中和”概念

碳中和的關(guān)鍵技術(shù)

CCUS技術(shù)如同工業(yè)系統(tǒng)的“空氣凈化器+ 資源回收站”，能將工廠排放的二氧化碳過濾收集，再轉(zhuǎn)化為工業(yè)原料或封存在地下倉庫。

> CCUS流程示意圖

碳捕集：工業(yè)排放的精準攔截。碳捕集是CCUS技術(shù)的核心環(huán)節(jié)，通過物理或化學(xué)方法從工業(yè)尾氣或大氣中分離出二氧化碳。若把工廠排放的二氧化碳比作散落的沙子，吸附劑或胺溶液就像一張?zhí)刂频木W(wǎng)，專門將沙子“捕捉”住，防止它們隨風(fēng)飄散。碳捕集環(huán)節(jié)包括化學(xué)吸收捕集、吸附捕集、膜分離捕集、直接空氣捕集等技術(shù)。

> 碳捕集技術(shù)“三劍客”

碳運輸：二氧化碳的“物流專線”。碳運輸是連接捕集、利用與封存的關(guān)鍵紐帶，需兼顧安全性與經(jīng)濟性。目前，管道運輸是固定物流專線（類似輸油管道）最成熟的方式，將高壓液態(tài)二氧化碳（壓力8~15兆帕，溫度約-20℃）通過專用管道輸送至使用、封存地，運輸成本與距離相關(guān)，短途（<100千米）成本約1.5~3美元/噸，長途（>500千米）可達8美元/ 噸；管道運輸?shù)奶魬?zhàn)包括腐蝕風(fēng)險與公眾接受度，需嚴格監(jiān)測是否泄漏。船舶運輸采用跨海集裝箱貨輪（需特殊冷凍貨柜），適用于跨區(qū)域或跨境封存，將液態(tài)二氧化碳（溫度-50℃）通過專用船舶運輸，成本約5~15美元/ 噸；船舶運輸需要依賴港口基礎(chǔ)設(shè)施與液化終端，其技術(shù)難點在于低溫儲存與裝卸過程的安全性，需配備專業(yè)制冷設(shè)備。罐車運輸相當(dāng)于快遞小火車，適用于小規(guī)模項目或短途運輸，成本較高（約10~20美元/ 噸）；罐車靈活性強，但運輸受限于道路條件，且運輸途中存在泄漏風(fēng)險。

碳利用：工業(yè)原料的“魔法轉(zhuǎn)化”。捕集的二氧化碳運輸?shù)街付ǖ胤娇梢宰鳛楣I(yè)原料，通過直接或間接利用發(fā)揮作用。碳利用是指通過工程技術(shù)手段將捕集的二氧化碳實現(xiàn)資源化利用的過程，利用方式包括礦物碳化、物理利用、化學(xué)利用和生物利用，等等。

碳封存：給二氧化碳找個安全的“家”。碳封存是CCUS的最終環(huán)節(jié)，按照封存地或封存形態(tài)差異，主要包括地質(zhì)封存、 海洋封存、礦化封存三大類。地質(zhì)封存是將二氧化碳注入地下鹽層、枯竭油氣田或煤層，鹽層封存容量最大，枯竭油氣田封存可利用現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施，但需評估地層的密封性；海洋封存將是二氧化碳注入深海（>3000米）或海底沉積物中，利用高壓環(huán)境穩(wěn)定儲存，從理論上講，海洋可封存全球千年的碳排放量，但存在生態(tài)風(fēng)險；礦化封存是通過二氧化碳與堿性巖石（如橄欖石、玄武巖）反應(yīng)生成碳酸鹽礦物，實現(xiàn)永久固碳，無需長期監(jiān)測，但反應(yīng)速率較慢（需數(shù)百年）。

BECCS 系統(tǒng)：進階技術(shù)延伸。在基礎(chǔ)CCUS技術(shù)之外，科學(xué)家還開發(fā)出與生物質(zhì)能聯(lián)動的增強版本——生物質(zhì)能碳捕集與封存BECCS(Bio-Energy with Carbon Capture and Storage）。就像給普通凈化器裝了植物過濾網(wǎng)，BECCS 更顯特殊功效，相當(dāng)于用植物作為吸碳海綿：植物生長時吸收二氧化碳（如同海綿吸水），燃燒發(fā)電時用CCUS技術(shù)捕捉排放的二氧化碳（擠出的水分被回收），最終實現(xiàn)“吸碳＞排碳”的負排放效果。利用植物的光合作用，將大氣中的二氧化碳轉(zhuǎn)化為有機物，并以生物質(zhì)的形式積累儲存下來，這部分生物質(zhì)可以直接用于燃燒產(chǎn)生熱量，或者通過化學(xué)反應(yīng)合成其他高價值的清潔能源。生物質(zhì)燃燒和化學(xué)合成過程中產(chǎn)生的二氧化碳，被認為是植物生長過程中所儲存的二氧化碳釋放出來，這一過程屬于“凈零排放”；然后利用CCUS技術(shù)捕獲釋放出來的二氧化碳，將其進一步壓縮和冷卻處理后，用船舶或管道輸送，最后注入合適的地質(zhì)構(gòu)造中永久儲存，這一過程屬于“負排放”。因此，BECCS技術(shù)是一種負排放技術(shù)，利用BECCS進行二氧化碳負排放的潛力更大。如果生物質(zhì)廢棄物沒有得到有效利用，在自然分解的情況下，將釋放出甲烷等溫室效應(yīng)更強的氣體，因此，在發(fā)展BECCS 技術(shù)的同時還可以解決我國城鄉(xiāng)各類有機廢棄物無害化、減量化處理問題。在全面推進鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的大背景下，未來生物質(zhì)能發(fā)展將要走一條“農(nóng)業(yè)—環(huán)境—能源—農(nóng)業(yè)”綠色低碳閉合循環(huán)發(fā)展之路，在發(fā)電利用和非電利用上，BECCS都扮演著重要角色，促進鄉(xiāng)鎮(zhèn)能源結(jié)構(gòu)整體提升。

> CCUS和BECCS技術(shù)全流程體系圖：

從碳源到封閉的閉環(huán)管理

CCUS技術(shù)應(yīng)用實踐

挪威Sleipner油田是全球較早的CCUS項目之一，自1996年運行至今，每年將100萬噸油田中的二氧化碳分離（相當(dāng)于25萬輛汽車的年排放量），通過特制管道注入海底1000米深的咸水層，至今已安全封存超2000萬噸二氧化碳，這相當(dāng)于抵消了上海城區(qū)3年的交通碳排放量，證明了CCUS在長期減排中的可靠性。美國的Petra Nova燃煤電廠被稱為“會呼吸的火電廠”，它是全球最大燃煤電廠的CCUS項目，運行于2017—2020年，它使用胺溶液捕集技術(shù)每年捕獲140萬噸二氧化碳，并將其輸送30千米用于油田增產(chǎn)，既實現(xiàn)減排又創(chuàng)造了經(jīng)濟價值，然而，由于油價波動和維護成本高昂，該項目于2020年暫停，這提醒我們在推廣CCUS時需平衡技術(shù)與經(jīng)濟。中國齊魯石化-勝利油田CCUS工程于2022年投運，是國家級示范項目，它將煉化尾氣中的二氧化碳提純至99%以上，建成國內(nèi)首條109千米超臨界二氧化碳輸送管道，每年將100萬噸二氧化碳注入地下2800米深的咸水層，相當(dāng)于上海5平方千米森林一年的固碳量，這標(biāo)志著中國在CCUS技術(shù)上的重大突破，為零碳園區(qū)提供了本土化范例；2023年，中國新疆維吾爾自治區(qū)發(fā)展改革委核準批復(fù)了克拉瑪依中國石油新疆油田分公司2×66萬千瓦煤電+可再生能源+百萬噸級CCUS一體化示范項目。該項目通過配套的百萬噸級二氧化碳捕集系統(tǒng)，回收燃煤機組煙氣中的二氧化碳，并用于二氧化碳驅(qū)油，提高原油采收率，這也是目前全國規(guī)模最大的從煤電煙氣碳捕集到油田利用與封存全產(chǎn)業(yè)鏈示范項目，有助于構(gòu)建石油增產(chǎn)和碳減排的“雙贏”格局。

CCUS技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)

如果把CCUS 技術(shù)比作給地球安裝“空氣凈化器”，那么現(xiàn)在這臺凈化器還需要突破“貴、難、疑”等重關(guān)卡。

想象一下，用吸管喝珍珠奶茶，但將珍珠換成二氧化碳，吸管還是漏的，這就是當(dāng)前碳捕集的困境。在山東某電廠，工人們給煙囪裝上“分子吸管”（胺溶液）來捕捉二氧化碳，而僅是給這些“吸管”加熱再生，就要消耗整個電廠15%的電力。更頭疼的是，這些“吸管”用半年就會“老化”（溶劑降解），每年更換材料就要花費上千萬元。幸運的是，科學(xué)家正在研發(fā)測試一種新型納米膜“超級吸管”，它的表面布滿比頭發(fā)絲還細千倍的通道，能像用安檢儀識別危險品那樣精準篩出二氧化碳。更奇妙的是，這種膜在陽光照射下能自動升溫，省去了傳統(tǒng)加熱所需的能耗。

目前給二氧化碳“買票坐車”的成本（CCUS成本），比它本身“票價”（碳交易價格）貴3倍。以甘肅某CCUS項目為例，捕獲1噸二氧化碳要花500元，但在碳市場只能賣出70元，相當(dāng)于花100元買1瓶礦泉水。這迫使企業(yè)想出各種“副業(yè)”：在陜西，工廠把捕集的二氧化碳用于制作滅火器；在廣東，二氧化碳被注入混凝土，蓋成的樓房每平方米能“鎖”住30千克的碳。隨著CCUS技術(shù)的進步，捕獲二氧化碳的成本逐年降低。據(jù)國際能源署（IEA）2024報告，2024年之后，齊魯石化項目等部分CCUS項目，碳捕集價格已降至300元/噸。

> 失衡的環(huán)保天平：

CCUS成本與碳交易收入之懸殊

低碳園區(qū)邁向零碳園區(qū)的“最后一公里”

CCUS是最終消納二氧化碳的神奇技術(shù)。國際能源署發(fā)布《2020年能源技術(shù)展望：碳捕集、利用與封存特別報告》指出，到2070年全球要實現(xiàn)碳凈零排放，除能源結(jié)構(gòu)調(diào)整之外，工業(yè)和運輸行業(yè)仍有29億噸二氧化碳無法去除，需要利用CCUS進行儲存和消納。CCUS在通往碳凈零排放道路上的發(fā)展?jié)摿薮螅?050—2070年全球要實現(xiàn)碳零凈排放目標(biāo)，CCUS的部署規(guī)模需要擴大近50%。

CCUS是唯一能夠直接減少二氧化碳排放量的技術(shù)。CCUS能減緩現(xiàn)有能源基礎(chǔ)設(shè)施的碳排放，比如，CCUS可以對現(xiàn)有的發(fā)電廠和工廠進行改造升級，否則這些發(fā)電廠和工廠在未來50年將排放6000億噸二氧化碳；CCUS可為面臨較大碳減排壓力的行業(yè)提供解決方案，比如，CCUS是水泥生產(chǎn)過程中碳減排的唯一技術(shù)解決方案，也是降低鋼鐵和化學(xué)品制造過程中碳排放的最具成本效益的技術(shù)方法；CCUS是低碳制氫的有效途徑，可以支持低碳制氫生產(chǎn)規(guī)模的快速擴大，以滿足交通、工業(yè)、建筑當(dāng)前和未來的能源需求；CCUS可以通過去除大氣中的碳，抵消無法直接避免或減少的碳排放，助力構(gòu)建碳凈零排放能源系統(tǒng)。

CCUS助力能源行業(yè)低碳發(fā)展，“減排不是減生產(chǎn)力”。傳統(tǒng)的火力發(fā)電作為發(fā)電的主要方式，無法避免產(chǎn)生二氧化碳等溫室氣體。因此，在力求實現(xiàn)“碳達峰、碳中和”目標(biāo)，即降低碳排放的背景下，CCUS是“兜底”封存二氧化碳的有效措施。

> CCUS技術(shù)路線圖

盡管面臨技術(shù)、經(jīng)濟、社會的多維挑戰(zhàn)，CCUS作為碳中和“技術(shù)拼圖”中不可替代的板塊，正經(jīng)歷著從示范工程（2011—2022年）到商業(yè)應(yīng)用（2021—2030年），再到基礎(chǔ)設(shè)施（2031—2040年）的躍遷。正如電動汽車突破電池成本閾值后迎來爆發(fā)式增長，CCUS技術(shù)一旦跨越60美元/噸的成本拐點，將激活萬億級碳管理市場。在低碳園區(qū)向零碳園區(qū)的沖刺中，CCUS既是突破碳排放“硬骨頭”的破壁機，更是構(gòu)建循環(huán)經(jīng)濟的新引擎——這“最后一公里”的跨越，終將重塑人類與碳元素的相處之道。

作者： 嚴禎榮 李 碩 李宣洋 金清怡

編輯： 何陳臨秋

排版： 何陳臨秋

審核： 刁淑娟

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