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二氧化碳捕集利用与封存（CCUS）技术可以实现化石能源大规模可持续低碳利用，帮助构建低碳工业体系，同时与生物质或空气源结合可具有负排放效应，是中国碳中和技术体系不可或缺的重要组成部分。近年来，随着国际应对气候变化进程的不断推进和技术水平的显著提高，CCUS技术发展的外部条件和内在需求发生了显著改变。
首先，CCUS技术发展需求愈加紧迫。目前，中国面临的国际减排压力和国内减排需求与日俱增。《联合国气候变化框架公约》第27次缔约方大会重申了《巴黎协定》的温控目标，敦促缔约方采取进一步行动减少温室气体排放。中国碳中和目标的提出意味着国内碳减排目标由相对减排量向绝对减排量转变，减排策略由能源双控向碳排放双控过渡。持续趋紧的外部约束和落实国家碳达峰碳中和目标的内部需求推动CCUS由战略储备技术快速升级为现实解决方案，其技术定位、发展方向和未来部署需要进一步研究。
其次，CCUS技术的应用场景正在得到进一步拓展。碳达峰碳中和目标下，中国经济生产和消费方式正在发生系统性变革。《中共中央国务院关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》指出，到2060年，绿色低碳循环发展的经济体系和清洁低碳安全高效的能源体系全面建立。要完成这一任务不仅需要化石能源电力系统的近零排放，还需要工业过程的深度减排，以及利用负排放技术来抵消难以削减的剩余温室气体，CCUS技术的应用场景得到进一步明确。再次，CCUS新技术、新项目不断涌现并实现突破。随着CCUS技术的进步和示范项目的推进，低成本、低能耗的新一代捕集技术呈现快速发展态势，正由中试逐渐向工业示范过渡，CCUS技术新思路不断涌现并得到验证。CCUS示范项目正逐步从单一环节的技术应用过渡到全流程多环节的综合性集成应用，示范规模持续扩大、应用场景明显增多。随着CO2利用技术种类的增加，CO2工业应用逐渐形成产业新业态，CCUS技术与社会经济发展的联系越来越紧密。
最后，CCUS公众认可度进一步提升。随着碳达峰碳中和目标的提出和全球CCUS示范不断发展成熟，公众对CCUS技术的认知和接受程度显著提升。全球碳捕集与封存研究院（GCCSI）于2022年发布的《全球碳捕集与封存现状2022》报告指出，当前全球共有196个CCUS商业设施，总捕集能力超过2.4亿吨CO2/年，较2021年新增了61个正在筹备中的CCUS项目。示范项目的成功及风险监测技术水平的提高，促进了公众对CCUS风险的科学认知，有效提高了公众对CCUS技术的接受度。在密切跟踪国内外CCUS技术发展前沿和实时总结中国示范项目最新情况的基础上，本报告系统分析了碳达峰碳中和目标下中国CCUS技术需求，总结了近年来CCUS技术、项目和政策发展的主要趋势及挑战，并提出了相关建议。
在新的应用场景与深度减排需求下，CCUS技术的内涵和外延不断丰富与拓展。捕集源由传统的能源/工业设施，逐步拓展至生物质和空气等中性碳源，由此形成的生物质能碳捕集与封存（BECCS）和直接空气捕集（DAC）技术已经成为实现气候目标的必要手段和CCUS技术的重要组成。BECCS技术是指将生物质燃烧或转化过程中产生的CO2进行捕集、利用或封存的过程。DAC技术是指从大气中直接捕集CO2，并将其利用或封存的过程。与此同时，CCUS技术正在被重新定位。2019年，《中国碳捕集利用与封存技术发展路线图（2019版）》将CCUS技术定位为“可实现化石能源大规模低碳利用的战略储备技术”。如今随着应用场景的拓展，CCUS技术已经成为中国碳中和技术体系的重要组成部分，是化石能源近零排放的唯一技术选择、钢铁水泥等难减排行业深度脱碳的可行技术方案、未来支撑碳循环利用的主要技术手段。同时，BECCS和DAC等负排放技术还可以移除已经存在于大气中的温室气体（也称为碳移除技术），为未来实现碳中和目标提供托底技术保障。
CCUS技术体系涵盖CO2捕集技术、运输技术、利用技术以及地质封存技术。随着技术推陈出新，这一技术体系正在逐步完善和丰富。CO2捕集技术正在由第一代向第二代过渡，第三代技术也开始崭露头角。第一代捕集技术是指现阶段已完成工程示范并投入商业运行的技术，如传统的燃烧后化学吸收技术、燃烧前物理吸收技术等。第二代捕集技术是指能够在2025年进行商业部署的捕集技术，如基于新型吸收剂的化学吸收技术、化学吸附技术等。第三代捕集技术又称变革性技术，是指能够在2035年开始投入商业运行的技术，如化学链燃烧技术等。CO2运输技术正由传统的罐车和船舶运输向陆上管道和海底管道运输发展。中国CO2输送管道在输量、管径、距离等方面呈现规模化趋势，管输规模突破百万吨，管输压力迈入超临界范围，管输经济优势日渐明显。CO2利用技术正在由较早的CO2地质利用实现能源资源增采，如CO2强化石油开采（CO2-EOR）、强化煤层气开采（CO2-ECBM）等，向CO2化工利用和生物利用拓展，逐步实现高附加值化学品合成、生物产品转化等绿色碳源利用方式。CO2封存技术按照地质封存体的不同，可分为陆上咸水层封存、海上咸水层封存、枯竭油气田封存等。近年来，中国部分企业开始探索离岸封存的可行性，为未来沿海地区CO2大规模封存探路。除上述CCUS技术环节外，CCUS框架内的技术耦合集成形成了若干新兴的技术概念，如CO2捕集-转化一体化、CO2捕集- 矿化一体化等。这些技术能够在不同尺度实现能量集约利用，进而降低CCUS技术的减排成本。
(1)各行业CCUS减排需求。综合分析CCUS技术在全行业的应用及其未来减排需求，预测碳达峰碳中和目标下中国CCUS减排需求为：2025年约为2400万吨/年（1400～3100万吨/年），2030年将增长到近1亿吨/年（0.58～1.47亿吨/年），2040年预计达到10亿吨/年左右（8.85～11.96亿吨/年），2050年将超过20亿吨/年（18.7～22.45亿吨/年），2060年约为23.5亿吨/年（21.1～25.3亿吨/年）。分行业看，考虑到中国目前的发电装机容量和能源安全的硬约束，火电行业将是CCUS的应用重点，预计2060年可通过CCUS实现约10亿吨/年的CO2减排量；钢铁、水泥、化工等行业在提高生产效率和达到生产峰值后将仍有部分CO2需要通过CCUS实现减排；到碳中和前夕，国内仍将有一部分温室气体排放无法通过常规技术手段完成减排，BECCS、DAC技术预计将贡献5～8亿吨/年的CO2移除量。
(2)源汇匹配潜力。中国理论CO2地质封存容量约为1.21～4.13万亿吨，主要包括咸水层、油气田等地质构造。中国油田主要集中于松辽盆地、渤海湾盆地、鄂尔多斯盆地和准噶尔盆地，已探明油田可封存约200亿吨CO2，其中适宜封存的油藏容量约50亿吨CO2。中国气藏主要分布于鄂尔多斯盆地、四川盆地、渤海湾盆地和塔里木盆地，中国已探明气藏最终可封存约150亿吨CO2。深部咸水层的封存容量为0.16～2.42万亿吨，塔里木盆地、鄂尔多斯盆地、松辽盆地、渤海湾盆地、珠江口盆地等大中型沉积盆地，封存容量较大，封存条件相对较好。
二、中国CCUS发展现状
近年来，中国CCUS各环节技术取得显著进展，具备了CO2大规模捕集、管道输送、利用与封存系统设计能力和近期实现规模化应用的基础。但是，各环节技术发展并不均衡，与规模化商业应用仍存在不同程度的差距。CO2捕集技术发展存在明显代际差异。第一代捕集技术中，燃烧前物理吸收技术发展比较成熟，已经处于商业应用阶段，与国际先进水平同步；燃烧后化学吸收技术在国际上已经处于商业应用阶段，中国还处于工业示范阶段。第二代和第三代捕集技术发展相对滞后，增压富氧燃烧和化学链燃烧技术在国内外均处于中试及以下阶段。同时，中国在BECCS和DAC等负排放技术领域积极开展了有益探索。其中，浙江大学和上海交通大学在DAC领域高性能吸附剂、吸收材料制备等关键技术研发方面取得了一定成果。在CO2输送方面，公路罐车和内河船舶运输技术均已开展商业化应用。罐车和内河船舶运输主要应用于规模10万吨/年以下的CO2输送。中国已投运的CCUS示范项目多数规模较小，大多采用罐车运输。CO2船运属于液化气体船舶运输技术，中国已具备这类船舶的制造能力，华东油气田和丽水气田的部分CO2通过船舶运输。CO2管道运输的潜力最大，中国已经陆续开展了一些工程实践，中石化集团齐鲁石化-胜利油田项目已经建成百万吨级陆上CO2运输管道，全长109公里，设计最大输量170万吨CO2/年。海底管道输送成本比陆上管道高40%～70%，在中国尚处于基础研究阶段。中国CO2化学和生物利用技术与国际发展水平基本同步，整体上处于工业示范阶段。在制备高附加值化学品方面，CO2重整制备合成气和甲醇技术较为领先。中国科学院大连化学物理研究所和中国中煤能源集团有限公司在内蒙古鄂尔多斯立项开展10万吨/年CO2加氢制甲醇工业化项目。CO2合成化学材料技术已实现工业示范，如合成有机碳酸酯、可降解聚合物和氰酸酯/聚氨酯，以及制备聚碳酸酯/聚酯材料等。在CO2矿化利用方面，钢渣和磷石膏矿化利用技术已接近商业应用水平。包钢集团开展了碳化法钢渣综合利用产业化项目，利用CO2与钢渣生产高纯碳酸钙，每年可利用钢渣10万吨，成为全球首套固废与CO2矿化综合利用项目。在CO2地质利用方面，中国CO2-EOR和CO2地浸采铀技术发展水平较高，已接近或达到商业应用水平；强化深部咸水开采技术已完成先导性试验研究，与国外发展水平相当；强化天然气、页岩气开采，置换水合物等技术与国际先进水平仍存在一定差距，目前尚处于基础研究阶段。
在封存方面，继国家能源投资集团鄂尔多斯示范项目之后，中国海油在恩平15-1海上石油生产平台建设完成了中国首个海上CO2封存示范工程项目，预计高峰期每年可封存30万吨CO2。在CCUS系统集成优化方面，国内技术发展仍与国际水平存在明显差距。国外CCUS集成优化技术已普遍进入商业化应用阶段，而国内大规模全链条示范经验不足，特别是在管网优化和集群枢纽方面，相关技术目前仅达到中试阶段。
随着碳达峰碳中和“ 1+N”政策体系的建立，CCUS政策体系也初具雏形。据不完全统计，截至2022年底，中共中央和国务院已发布70余项CCUS相关的政策文件，涉及规划、标准、路线图、技术目录等。2021年，CCUS技术被首次写入中国经济社会发展纲领性文件《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》。随后，《中共中央国务院关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》《2030年前碳达峰行动方案》，以及各部委和地方政府出台的碳达峰碳中和相关政策文件，均对CCUS技术研发、标准和融资等方面做出了积极部署。
一是政策工具类型愈加丰富。多数政策重点支持CCUS技术研发与示范，与此同时涉及技术标准、投融资方面的政策条款逐渐增多。《气候投融资试点方案》《绿色债券支持项目目录（2021年版）》等投融资政策均包含了CCUS相关技术；《国家标准化发展纲要》《科技支撑碳达峰碳中和实施方案》《关于加快建立统一规范的碳排放统计核算体系实施方案》均提出完善和推动CCUS技术标准体系和相关研究工作。
二是CCUS技术行业应用受到更多重视，逐步从电力、油气等行业扩展至难减排工业行业，引起更广泛的政策重视与实践应用。《高耗能行业重点领域节能降碳改造升级实施指南（2022年版）》《工业领域碳达峰实施方案》《减污降碳协同增效实施方案》等均对钢铁、水泥等难减排工业行业提出了CCUS技术应用目标。
三是地方政府加强对CCUS技术发展支持，省级碳达峰碳中和政策文件强化CCUS技术部署。截至2022年底，已有十余个省、直辖市、自治区发布了碳达峰碳中和相关意见或工作方案，结合区域特点从不同角度对CCUS技术研发与推广进行了部署。
三、挑战与建议
碳达峰碳中和目标对中国CCUS技术发展提出了新的要求。尽管中国CCUS技术发展迅速，但当前阶段仍旧面临应用成本高昂、有效商业模式欠缺、激励和监管措施不足、源汇匹配困难等多方面挑战，距离大规模商业化运行仍有一段距离。
一是技术成本高。CCUS技术减排成本相对较高，与其他技术竞争优势不明显，经济社会尚未做好大宗商品价格上浮的准备，制约CCUS技术推广应用。加装和运行CCUS的高成本对电力、钢铁、水泥等行业造成较大压力。以煤电行业为例，加装CCUS设施的燃煤电厂发电效率会降低20～30%，发电成本升高约60%。
二是技术需求紧迫。CCUS技术的发展在时间上面临技术锁定风险。现役燃煤电厂、水泥厂、钢铁厂等高排放行业设备服役时间较短，强制退役将引起大量资产搁浅，金额可达3.1～7.2万亿元。为避免巨额资产搁浅和保证足够的资本回收时间，2030年后大量电力与工业基础设施的CCUS技术改造需求将迅速增加。为避免技术锁定，需加快技术研发和迭代升级，保证成本能耗较低的新一代CO2捕集技术能够在窗口期广泛部署应用，发挥减排效益。
三是商业模式欠缺。与国际上拥有丰富CCUS应用经验的国家和地区相比，中国的相关政策还有待完善，商业模式还有待开发。国际经验表明，政府通过金融补贴、专项财税、强制性约束、碳定价机制等手段支持CCUS，能提高企业积极性，推动技术商业化。同时，国家出台相应监管措施，可以明确CCUS项目开发过程中的权、责、利划分，提高企业长期运营的积极性，打消公众对CCUS项目安全性和环境影响的顾虑。
四是源汇匹配不佳。中国大规模排放源主要位于东部沿海地区，化石能源资源主要分布在中西部，而适合封存的盆地主要分布在东北和西北地区。在没有全国性管网系统支撑的情况下，这种分布空间差异造成的源汇不匹配问题，极大限制了中国潜在CO2封存容量的实际利用。而全国性管网系统的构建又面临政策、管理、经济性等多方面约束，从国家层面统筹推进将有利于破解源汇匹配不佳的难题。
为发挥CCUS技术在中国实现碳达峰碳中和目标中的关键作用，应进一步从碳中和技术体系构建、重点技术研发攻关、法规标准体系完善、针对性激励机制、国际合作共享等方面统筹考虑。
一是将CCUS作为碳中和技术体系的重要组成部分，纳入国家实现碳达峰碳中和目标路线图、施工图。CCUS技术发展需要立足中国能源结构和化石能源资源禀赋基本国情，加强统筹规划布局。明确中国实现碳中和目标不同阶段的CCUS技术战略定位，将其纳入国家实现碳中和目标重大战略中进行统筹考虑。尽快组织研究制订CCUS中长期发展规划和科技发展专项规划，明确国家牵头部门，强化部门分工和协同。结合碳中和目标下的具体应用场景，开展精细化的CCUS技术潜力和发展趋势评估。
二是构建面向碳中和目标的CCUS技术体系，加快推进超前部署技术研发和大规模集成示范。明确碳中和目标下CCUS技术需求，加快部署各环节低成本、低能耗关键技术研发，加快难减排行业的CCUS技术示范。超前部署前沿和颠覆性CCUS技术验证，以及BECCS、DAC等负排放技术研发示范，在源汇相对集中区域超前开展CO2管网基础设施建设。建设规模化CCUS全产业链技术研发平台，形成国家级CCUS技术创新策源地。开展大规模全链条集成示范工程，争取在“十四五”期间建成3~5个百万吨级CCUS全链条示范项目，在2030年前建成千万吨级CCUS产业集群。
三是制定完善相关制度法规和标准体系，推进能力建设。制定CCUS行业规范、制度法规以及科学合理的建设、运营、监管、终止标准体系。明确和完善在役电厂及工业排放源改造的技术适用性标准、新建电厂的碳排放标准、输送管道的设计及安全标准，以及CO2利用和封存的技术和工业标准。优化CCUS协同创新平台与人才队伍建设，通过CCUS产业创新联盟、CCUS青年学者计划等平台，推动CCUS技术研发与人才培养。
四是探索CCUS激励机制，引导形成各主体有效参与的商业模式。开发构建面向CCUS全链条的国家核证自愿减排量（CCER）核算方法学和监测方法学，探索将CCUS纳入碳交易市场，引导开展跨行业、跨企业的CCUS技术示范合作，推动CCUS产业集群发展。通过减免采油特殊收益金、对部署CCUS的电厂优先分配发电量和进行绿色电力认证等适合中国国情的政策性激励手段，以及设立CCUS专项基金等方式打通CCUS产业低成本投融资渠道，同时鼓励CCUS各技术环节的利益相关方通力合作，促进形成适合中国国情的有效商业模式。
五是深化CCUS领域国际合作与交流。深化中欧、中美、中英、中澳等应对气候变化合作，带动低碳技术和产业发展。深化CCUS知识共享和技术转移。继续深度参与清洁能源部长级会议、碳收集领导人论坛等多边机制，与国际能源署等国际机构保持良好合作关系，分享中国应对气候变化的经验与实践。编制和发布CCUS领域知识产品，组织CCUS国际论坛和知识技能培训班，增强中国应对气候变化领域影响力。进一步加强能力建设，推动国内外高校、科研院所和企业不同层面的CCUS交流合作。
