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随着全球变暖问题日益严重，减少温室气体排放、缓解气候变化已成为国际社会的共识，作为温室气体的主要排放源之一，二氧化碳（CO₂）的捕集与封存技术——碳捕获与封存（Carbon Capture and Storage, CCS）——受到了广泛关注，本文将详细介绍碳捕获与封存技术的定义、重要性、主要环节、技术方法、应用场景、面临的挑战以及未来展望。
碳捕获与封存技术定义与重要性
碳捕获与封存（CCS）技术是指将二氧化碳从工业或相关排放源中分离出来，经过捕集、运输，并封存于地质构造、海洋或通过其他途径与大气长期隔离的过程，这一技术被视为应对全球变暖、实现大规模温室气体减排的重要手段之一，CCS技术能够有效减少化石燃料使用产生的CO₂排放，同时为工业发展提供低碳能源选择，促进能源结构转型和可持续发展。
碳捕获与封存的主要环节
碳捕获与封存过程主要包括捕集、运输、封存三个关键环节。
1、捕集：捕集是CCS技术的首要步骤，旨在将排放源中的CO₂进行分离和浓缩，根据捕集位置的不同，捕集技术可分为燃烧前捕集、燃烧后捕集和富氧燃烧捕集三种，燃烧前捕集技术主要应用于整体煤气化联合循环（IGCC）发电站，通过气化工艺将煤炭转化为清洁气体能源，并在燃烧前去除CO₂，提高能源利用效率；燃烧后捕集技术则针对传统电厂等排放源，通过化学吸收法、物理吸附法等手段对烟气中的CO₂进行捕集；富氧燃烧捕集技术则通过使用高纯度氧气替代空气进行燃烧，产生高浓度CO₂烟气，便于后续捕集处理。
2、运输：捕集到的CO₂需要通过管道、船舶等方式运输到封存地点，目前，管道运输是最常用的运输方式，具有成本低、效率高的优点，对于远距离或海上封存项目，可能需要采用船舶或罐车运输，在运输过程中，需确保CO₂的安全、稳定运输，防止泄漏和意外事故。
3、封存：封存是CCS技术的最终环节，旨在将捕集到的CO₂长期稳定封存于地下或海底，主要的封存方式包括地质封存、海洋封存和矿石碳化等，地质封存是将CO₂注入深部地层中，如枯竭油气田、煤层等，利用地层岩石的孔隙和渗透性存储CO₂；海洋封存则是将CO₂直接注入深海海底或通过固定管道释放到海水中，利用海洋水体的巨大容量来储存CO₂，还有研究表明将CO₂固化成无机碳酸盐也是一种潜在的封存方式。
碳捕获与封存的技术方法
1、燃烧前捕集技术：以IGCC技术为基础，先将煤炭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，这种技术的优点是CO₂浓度和压力较高，分离成本较低，但建造成本高昂且需要新建专门的IGCC电站。
2、燃烧后捕集技术：直接应用于传统电厂等排放源，对烟气中的CO₂进行捕集，这种技术分支较多，包括化学吸收法、物理吸附法等，化学吸收法市场前景最好，但设备运行能耗和成本较高。
3、富氧燃烧捕集技术：综合了前两种技术的优点，通过使用高纯度氧气助燃，使排出的CO₂浓度和压力提高，便于后续捕集处理，该技术的难点在于制氧成本较高。
碳捕获与封存的应用场景
碳捕获与封存技术广泛应用于火电、钢铁、水泥、化工等多个领域，在火电行业，CCS技术可用于现有电厂的改造升级，减少碳排放；在钢铁行业，可通过捕集高炉、转炉等排放的CO₂，实现绿色生产；在水泥行业，则可通过优化生产工艺和引入CCS技术，降低碳排放强度，CCS技术还可用于氢能产业，通过捕集制氢过程中的CO₂，实现氢能的低碳化生产。
碳捕获与封存面临的挑战
尽管碳捕获与封存技术具有巨大的潜力，但在实际应用中仍面临诸多挑战，高昂的成本是限制CCS技术广泛应用的主要因素之一，无论是捕集、运输还是封存环节，都需要大量的资金投入和技术支撑，技术成熟度不足也是当前面临的问题之一，虽然已有多个CCS项目成功运行，但整体而言，该技术仍需进一步验证和完善，政策环境和市场机制的不完善也制约了CCS技术的发展，政府应加大对CCS技术研发和应用的支持力度，建立健全相关政策体系和市场机制，推动CCS技术的广泛应用和发展。
中国在碳捕获与封存领域的进展
中国作为世界上最大的发展中国家之一，高度重视碳捕获与封存技术的发展，近年来，中国政府出台了一系列政策措施，鼓励企业加大CCS技术研发和应用力度。《中国二氧化碳捕集、利用与封存(CCUS)报告(2019)》指出，中国在CCUS领域取得了显著进展，多个CCUS项目已成功投运并产生了一定的经济和环境效益，中国企业也在积极探索国际合作机会，与国际先进企业和研究机构共同开展CCS技术研发和应用项目。
碳捕获与封存技术的未来展望
未来，随着全球气候治理形势的日益严峻和技术的不断进步，碳捕获与封存技术将迎来更加广阔的发展空间，随着成本的逐步降低和技术性能的不断提升，CCS技术将在更多领域得到广泛应用；随着全球碳中和目标的深入推进和可再生能源的快速发展，CCS技术将与可再生能源技术相结合，形成互补效应，共同推动能源结构的转型升级和可持续发展。
碳捕获与封存（CCS）技术是一项具有广阔发展前景的低碳减排技术，尽管面临诸多挑战和困难，但随着技术的不断进步和政策的持续支持，CCS技术有望在未来发挥更加重要的作用，为了实现全球碳中和目标和可持续发展愿景，我们应加大对CCS技术研发和应用的投入力度，加强国际合作与交流，共同推动碳捕获与封存技术的创新与发展。