我国碳捕集、利用与封存技术发展研究 现状、挑战与未来路径

在全球积极应对气候变化的背景下，减少温室气体排放已成为国际共识。作为世界上最大的碳排放国，中国提出了“双碳”目标（2030年前碳达峰、2060年前碳中和），这为能源结构与产业转型带来了巨大挑战与机遇。碳捕集、利用与封存技术（CCUS）作为一种能够实现化石能源大规模低碳化利用的关键技术，被认为是实现深度减排、保障能源安全、乃至最终实现碳中和不可或缺的技术选择之一。本文将聚焦于工程和技术研究与试验发展视角，探讨我国CCUS技术的发展现状、面临的核心挑战以及未来的推进路径。

一、 发展现状：从基础研究迈向工业示范

经过十余年的持续投入与发展，我国CCUS技术已从早期的实验室基础研究和概念设计，逐步走向了工业规模的试验与示范阶段，形成了相对完整的技术研发体系。

1. 碳捕集技术：在燃烧后捕集、燃烧前捕集和富氧燃烧三大技术路线中，我国均开展了大量研究。化学吸收法（如胺法）相对成熟，已在多个燃煤电厂和化工厂开展万吨级示范；新型吸收剂、吸附剂和膜分离材料的研发也取得积极进展，旨在降低能耗与成本。富氧燃烧技术在基础研究和中试层面成果显著。
2. 碳输送技术：主要借鉴成熟的油气管道输送经验，开展了CO₂相态特性、管道腐蚀与安全输送等相关研究，为未来规模化管网建设积累了数据。
3. 碳利用与封存技术：在利用方面，除了传统的驱油（EOR）已进入商业化应用阶段外，在化工转化利用（如合成甲醇、可降解塑料）、生物利用（微藻固碳）和矿化利用等领域也进行了广泛探索。在封存方面，重点开展了陆上咸水层、枯竭油气田的地质封存潜力评价、选址与安全性研究，并在鄂尔多斯、松辽等地开展了十万吨级至百万吨级的注入示范项目，验证了技术可行性。

我国CCUS技术链各环节均已具备一定的研发基础和小规模示范能力，部分技术（如燃煤电厂捕集、驱油利用）已达到或接近国际先进水平，但整体仍处于产业化初期。

二、 核心挑战：成本、能耗与规模化瓶颈

尽管取得进展，但CCUS技术要实现大规模商业化部署，仍面临一系列严峻的工程技术挑战：

1. 高昂的成本与能耗：这是制约CCUS发展的最核心障碍。尤其是碳捕集环节，其高昂的设备投资与运行能耗（通常会使电厂效率降低8-12个百分点）显著提高了低碳能源的成本。如何通过新材料、新工艺、系统集成优化来大幅降低捕集能耗与成本，是研发的重中之重。
2. 技术集成与规模化放大风险：CCUS是一个涉及多环节（捕集-输送-利用/封存）的复杂系统工程。各环节之间的优化匹配、大规模工程化的可靠性、长期运行的安全性（如封存体的泄漏监测与风险管控）等，均缺乏足够的规模化项目验证数据与经验。从十万吨级示范迈向百万吨级乃至千万吨级商业项目，存在技术与工程放大的不确定性。
3. 产业链与基础设施不完善：我国尚未形成覆盖主要排放源的CO₂输送管网基础设施，缺乏针对CO₂输送、封存的法律法规与标准体系，市场化商业模式和投融资机制也仍在探索中，制约了产业集群的形成。
4. 部分关键技术待突破：如适用于中国低浓度排放源的高效低耗捕集技术、封存场地的高精度表征与监测技术、CO₂高值化利用的新路径等，仍需持续的基础研究与技术攻关。

三、 未来路径：加强研发、推进示范、构建生态

面向碳中和目标，我国CCUS技术的发展需遵循“技术研发-工程示范-商业化推广”的路径，系统推进：

1. 强化基础研究与前沿技术攻关：持续投入研发资源，聚焦新一代低能耗捕集技术（如新型相变吸收剂、混合基质膜）、生物与矿化负排放技术、封存场地长期安全监测预警技术等前沿方向，力争取得颠覆性突破，为远期成本大幅下降奠定基础。
2. 加速全链条集成示范与规模化验证：在国家层面统筹规划，在能源基地、工业集群区域，优先部署一批百万吨级全链条CCUS集成示范项目。通过重大示范工程，验证不同技术路线的经济性与可靠性，积累工程设计与运营经验，攻克规模化放大难题，并同步建立完善的安全监管与环境监测体系。
3. 完善政策支持与市场机制：明确CCUS在碳中和战略中的定位，制定中长期发展规划。通过碳市场机制（将CCUS纳入减排量认定）、税收优惠、专项基金等方式，形成稳定的政策预期和激励。加快制定技术标准、管道建设许可、封存产权与责任法规，为产业发展扫清制度障碍。
4. 推动产业协同与集群发展：鼓励油气、电力、化工、钢铁等高排放行业与科技企业、金融资本合作，构建“技术研发-工程设计-装备制造-运营服务”的产业联盟。在条件适宜的区域，规划建设CO₂输送骨干管网，推动源汇匹配与产业集群发展，降低整体部署成本。

结论

碳捕集、利用与封存技术是我国应对气候变化、实现能源系统深度转型和工业过程减排的“托底性”技术选择。当前，我国CCUS技术研发与试验发展已取得阶段性成果，但距离大规模商业化应用仍有距离。未来必须坚持创新驱动，通过持续的技术攻坚、大规模的工程示范、有力的政策支持和系统的产业培育，跨越成本与规模化的“死亡之谷”，推动CCUS技术走向成熟和普及，为我国如期实现“双碳”目标提供坚实的技术保障和战略支撑。