本文目录导读：
技术概述
1. 定义
碳捕获与封存（Carbon Capture and Storage, CCS）技术是指将二氧化碳（CO₂）从工业或相关能源排放源中分离出来，经过捕集、运输，并封存在地质构造、海洋或通过其他途径进行长期与大气隔离的过程，这一技术被广泛认为是应对全球气候变化、减少温室气体排放的关键手段之一。
2. 技术环节
CCS技术主要由四个环节组成：捕集、运输、封存和监测。
- 捕集：从工业排放源（如发电厂、钢铁厂等）中分离出CO₂，捕集技术主要包括燃烧后捕集、燃烧前捕集和富氧燃烧捕集三种方式。
- 燃烧后捕集：在化石燃料燃烧并转化为电能或热能后捕集CO₂，是最常见的捕集类型，产生的烟气使用溶剂分离成浓缩的CO₂流，然后进行压缩和运输封存。
- 燃烧前捕集：在化石燃料燃烧前去除CO₂，通常涉及将化石燃料气化成清洁气体能源，从而把CO₂在燃烧前就分离出来，不进入燃烧过程。
- 富氧燃烧：在纯氧中而不是空气中燃烧化石燃料，产生的烟气主要由CO₂和水组成，水蒸气凝结后剩下的几乎纯净的CO₂可以直接进行压缩和运输。
- 运输：将捕集到的CO₂通过管道或其他运输方式运送到封存地点，管道运输是最常用的方法，其技术与长距离运输天然气和石油的技术相似。
- 封存：将CO₂封存在地下深处的地质构造中，如枯竭的油田或气田、无法开采的煤层或咸水层，这些地质结构具有安全封存CO₂的潜力，还包括海洋封存和矿物碳化等方法，但海洋封存可能对海洋生态系统产生影响，矿物碳化则成本高昂且耗能大。
- 监测：为了确保CCS项目的安全性和有效性，需要对整个CCS系统进行监测，包括CO₂的捕集效率、运输过程中的泄漏情况以及封存地点的安全性等。
发展现状
1. 全球范围
根据《2023年全球碳捕集研究院报告》的数据，截至2023年全球共有65个商业CCS设施，其中26个正在运行，2个已暂停运行，3个在建项目，13个处于高级开发阶段，已经进入前端工程设计阶段，21个处于开发早期，这些设施主要分布在北美、欧洲和亚洲地区，美国拥有约10个大型CCS设施在运营，其中包括德克萨斯州的Petra Nova项目，它是世界上规模最大的燃烧后碳捕集项目之一，每年可捕集超过100万公吨的二氧化碳。
2. 中国范围
中国作为世界上最大的二氧化碳排放国，近年来在CCS技术研发和实践方面也取得了显著进展，虽然相较于欧美发达国家起步较晚，但发展速度较快，中国已有多个CCS试点项目投入运行，并在研发方面投入了大量资金，华润电力海丰电厂CCUS示范项目是一个集测试平台区、二氧化碳储存区、化学实验室以及技术与国际交流中心于一体的综合项目，标志着国家碳捕集示范工程步入重要的里程碑，中国的CCUS发展仍面临诸多挑战，如起步较晚、二氧化碳累计封存量和年封存量与世界主要国家相比仍有差距等。
典型案例分析
1. 中国石油吉林油田-EOR项目
中国石油吉林油田-EOR项目是中国第一个全流程CCUS项目，其起源来自中石油长岭气田，自2008年陆续建成投产了黑59、黑79南、黑79北小井距、伊59及黑46等5个驱油封存试验区以来，该项目已实现伴生气中二氧化碳回收循环注入，达到二氧化碳零排放的目的，目前，该项目注气井组69个，年产油能力达到12万吨，年封存二氧化碳能力30万吨。
2. 华润电力海丰电厂CCUS示范项目
华润电力海丰电厂CCUS示范项目于2018年4月正式开工，2019年5月正式投产，这个依托于华润海丰电厂1号机组建设的多线程碳捕集测试平台，不仅为我国碳捕集技术的进一步发展提供了宝贵的实践经验，还推动了CCUS一体化工业应用的发展。
优势与挑战并存
1. 环境效益
CCS技术的环境效益显著，主要体现在以下几个方面：
- 减少温室气体排放：通过从工业排放源中捕集CO₂并将其封存，CCS技术能够有效减少进入大气中的CO₂量，从而缓解全球气候变暖的趋势，据估计，如果大规模部署CCS技术，未来几十年内可以大幅减少全球温室气体排放。
- 促进可再生能源发展：在向可再生能源过渡的过程中，CCS技术可以为化石燃料发电提供一种更清洁的选择，通过捕集和封存CO₂，化石燃料发电站可以减少其对环境的影响，从而在能源转型过程中发挥过渡作用。
2. 经济效益
除了环境效益外，CCS技术还带来了一定的经济效益：
- 提高油气采收率：利用封存的CO₂进行提高石油采收率（EOR）是一种常见的做法，通过将CO₂注入老化的油田中，可以提高原油产量，从而增加油气企业的经济效益。
- 创造就业机会：CCS技术的研发、建设和运营需要大量的专业人才和劳动力，因此可以创造新的就业机会，促进经济发展。
3. 面临的挑战
尽管CCS技术具有广阔的发展前景和显著的环境与经济效益，但其在推广和应用过程中仍面临一些挑战：
- 成本高昂：目前CCS技术的成本仍然较高，尤其是捕集环节的成本占总成本的大部分，这主要是由于现有捕集技术尚不够成熟，能耗和设备投资较大，降低成本是推动CCS技术商业化应用的关键。
- 技术成熟度有待提高：虽然CCS技术已经取得了一定的进展，但仍然存在许多技术难题需要解决，如何提高捕集效率、降低能耗、确保封存安全性等问题仍然是当前研究的重点。
- 公众认知度低：由于CCS技术相对复杂且专业性强，普通公众对其了解较少，甚至存在误解，一些人担心封存的CO₂可能会泄漏并对环境和人类健康造成威胁，提高公众对CCS技术的认知度和接受度也是推动其发展的重要环节。
4. 政策支持的重要性
为了克服上述挑战并推动CCS技术的发展，政府的政策支持至关重要，政府可以通过制定税收优惠政策、提供财政补贴、加强技术研发等方式来鼓励企业和投资者参与CCS项目，政府还可以建立完善的监管体系，确保CCS项目的安全稳定运行。
未来展望
1. 技术创新方向
未来CCS技术的发展将围绕提高捕集效率、降低成本、增强封存安全性等方向展开，具体来说：
- 新型捕集技术研发：研究人员将继续探索更高效、更经济的CO₂捕集技术，如纳米材料捕集剂、生物捕集技术等，这些新技术有望突破传统捕集技术的局限，提高捕集效率并降低成本。
- 智能化管理系统：随着信息技术和物联网的发展，智能化管理系统将在CCS项目中发挥越来越重要的作用，通过实时监测和数据分析，可以实现对CCS系统的精细化管理和优化调控，从而提高系统的稳定性和可靠性。
2. 市场前景预测
根据国际能源署（IEA）的报告预测，到2050年，全球每年可能需要捕集和封存高达2.5亿吨至4亿吨的CO₂才能实现净零排放目标，这意味着未来几十年内CCS市场将迎来巨大的发展机遇，随着各国对气候变化问题的日益重视和减排承诺的提升，CCS技术将成为全球应对气候变化的重要选择之一。
3. 国际合作机遇
气候变化是全球性问题，需要各国共同努力应对，在CCS领域，国际合作尤为重要，通过分享经验、技术交流和共同研发等方式，可以加速CCS技术的创新和应用推广，联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）和国际能源署（IEA）等国际组织已经在推动全球范围内的CCS合作项目，未来，随着更多国家和地区加入减排行列并加大对CCS技术的投入力度，国际合作将成为推动CCS技术进步的重要动力。
碳捕获与封存（CCS）作为应对气候变化的重要技术手段之一，具有广阔的发展前景和巨大的潜力，要充分发挥其作用并实现大规模商业化应用还需要克服诸多挑战并付出持续的努力，未来随着技术的不断进步和政策的日益完善