碳捕集技术的现状及未来展望
渝石网络主站：http://www.fishsting.com/
渝石网络分站：http://www.fishsting.cn/

联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）发布的《气候变化2023》报告中指出，全球温室气体排放需在2025年前达峰，确保1.5°C温控目标实现。根据《2024年世界能源统计年鉴》报告，能源部门的温室气体排放量超过其他任何部门，石油和煤炭仍然是主要的排放来源。

CCUS技术包括碳捕集、运输、利用与封存等多个环节，其中碳捕集技术是基础。在减缓全球变暖的斗争中，碳捕集技术被视为一种补充可再生能源和提高能效的重要手段。碳捕集技术是指一系列旨在减少大气中CO₂浓度的技术和方法，主要包括燃烧前捕集、富氧燃烧和燃烧后捕集等，这些技术通过不同的方式从工业排放源或大气中分离出CO₂，以减少其在大气中的排放。

碳捕集技术的起源可以追溯到20世纪70年代，当时主要是为了缓解化石燃料燃烧产生的CO₂排放问题。随着近些年来全球气候变化问题的日益严峻，碳捕集技术也得到了快速的发展和广泛的应用。早期的碳捕集技术主要集中在提高捕集效率和降低成本上，而近年来，随着技术的进步，碳捕集技术已经能够实现从工业排放源中高效分离CO₂，并探索了多种利用和封存途径。

我国于2006年在北京香山会议上首次提出CO₂捕集、利用与封存技术（CCUS），引入了CO₂资源化利用技术。CCUS技术把捕集的CO₂提纯后，投入新的生产过程进行循环再利用，将CO₂资源化，不仅可以实现碳减排，还能产生经济效益。经过多年的发展，CCUS技术已在全球范围内得到推广与应用。

随着技术的不断进步，碳捕集技术的应用范围在不断扩大，从传统的化石燃料发电厂到新兴的直接空气捕集系统，都在为实现碳中和目标贡献力量。

燃烧后捕集技术可以直接从燃烧后的烟气中分离出CO₂，虽然投资较少，但由于烟气中CO₂分压较低，捕集能耗和成本相对较高。而富氧燃烧技术则使用纯氧作为氧化剂，能够捕集高浓度的CO₂，简化了分离过程，但这需要额外的制氧系统，增加了能耗和投资成本。

除了传统的碳捕集技术，直接空气捕集（DAC）技术尤其引人注目。DAC技术能够直接从周围空气中捕集CO₂，无需依赖特定的排放源。这种技术的应用前景广阔，因为它可以在几乎任何地方部署，从而为偏远地区或难以减排的行业提供解决方案。

此外，点源捕集技术则专注于工业排放，通过在排放源处捕集CO₂，减少工业生产过程中的温室气体排放。而生物质能碳捕集与封存（BECCS）技术则结合了生物质能源和碳捕集的优势，通过种植和利用生物质，同时捕集和储存CO₂，实现负排放，为碳循环提供了一种可持续的解决方案。

在商业应用方面，碳捕集技术已在多个行业实践。在全球范围内，瑞士Climeworks公司的冰岛“Mammoth”项目是世界上最大的空气碳捕集工厂，能够从大气中直接吸收CO₂。该技术使用化学方法捕集空气中的CO₂，然后将其注入地下实现永久封存，并且通过利用冰岛丰富的地热能源，展示了碳捕集技术与可再生能源结合的潜力。美国得克萨斯州的Stratos项目由Occidental公司支持，每年计划捕集50万吨二氧化碳，并且捕集的CO₂注入油田中进行驱油利用，进而提高石油的采收率并增加化石燃料的生产。

而我国当前的碳捕集商业应用主要集中在高浓度的烟气尾气捕集方面。华能上海石洞口第二电厂的碳捕集项目通过采用先进的碳捕集技术，成功实现了从燃煤电厂烟气中分离出高纯度的CO₂。这一项目不仅有助于减少电厂的碳排放，也为其他工业领域提供了可行的碳捕集解决方案。华润集团海丰超临界燃煤电厂的碳捕集项目，作为亚洲首个多线程碳捕集测试平台，不仅展示了碳捕集技术在电力行业的实际应用，还为未来技术放大、进行碳捕集技术验证和优化提供了示范平台。华润电力在深圳公司建成了年捕集2万吨的CCUS测试平台，这是亚洲首个多线程CCUS技术测试平台。该平台不仅能够捕集高纯度的CO₂，还开展了微藻固碳、干冰转化等利用项目的研究，探索CO₂的生物质利用方式，实现对捕集后CO₂资源的有效利用。

当前碳捕集技术面临的主要挑战在于经济成本、技术成熟度、以及规模化应用等方面。

尽管碳捕集技术被认为是实现深度减排的关键技术之一，但发展多年来，高昂的投资和运营成本仍然是其大规模应用的主要障碍。当前燃煤电厂所应用的许多碳捕集项目，虽然展示了技术的可行性，但这些项目的成本效益仍然是一个问题。此外，碳捕集技术的能量消耗问题也不容忽视，它会带来额外能耗，从而影响整体能效。

为了提高碳捕集效率并降低能耗，研究人员正在开发新型的碳捕集材料，如吸附剂和膜材料，以及改进现有的化学吸收法。例如，利用金属有机骨架材料（MOF）或者活性炭等多孔介质材料的吸附效果进行碳捕集，亦或是采用离子液体、相变溶液和酶吸收法等新型化学吸收技术，以及高温熔盐碳捕集法等。此外，电化学法和水合物法等也在探索之中。这些创新技术有望降低碳捕集的成本和能耗，提高其经济性和可行性。

除了经济成本和技术成熟度之外，碳捕集技术还可能对环境造成一定的影响。例如，大规模的碳捕集可能对生态系统和水资源产生影响。碳捕集技术涉及多个环节，包括捕集、运输、利用和封存，这些环节需要高度集成和协同工作。CO₂的运输和封存过程中可能存在泄漏风险，这也需要进行严格的环境影响评估和管理。将捕集到的CO₂转化为有价值的产品或服务是CCUS技术的重要组成部分。然而，目前CO₂的资源化利用途径相对有限，且多数技术尚未成熟，需要进一步研究和开发。

碳捕集技术在不同行业的应用前景广阔，正逐渐成为实现全球气候目标的关键技术。

电力行业是碳捕集技术应用最广泛的领域之一，通过燃烧后捕集技术，直接从燃煤电厂的烟气中分离CO₂，这种技术已经相对成熟并有多个示范项目在运行。水泥和钢铁行业是CO₂排放的重点行业，碳捕集技术在这些领域的应用至关重要，这些行业生产活动的碳排放可以通过燃烧前捕集或富氧燃烧技术来实现捕集。

未来的碳捕集技术应用场景还将探索更多的CO₂利用途径，如化工原料、建筑材料、食品添加剂等，以实现CO₂的资源化利用，从而创造经济价值并推动技术的商业化。例如，二氧化碳地下驱油技术不仅可以提高石油采收率，还能实现CO₂的地质封存。同时，高附加值碳基材料、化工利用、人工生物合成等方向的CO₂转化利用也将是未来研究的重点。碳捕集技术在不同行业中的应用前景多样且充满潜力。随着技术的不断进步和成本的降低，预计这些技术将在未来的碳减排和气候变化应对中发挥更加重要的作用。

碳捕集技术的未来发展趋势将着重于降低成本、提高技术效率以及推动政策和法规的支持。技术的进步有望降低碳捕集的成本和能耗并推动规模化的应用。同时，政府的政策支持和激励措施也将对碳捕集技术的发展起到关键作用，这包括财政激励、税收优惠、碳排放权交易等，以降低企业采用这些技术的成本，同时需要明确的法规来指导和监督碳捕集项目的实施。

我国政府通过直接投入、税收优惠等多种财政投入方式，引导金融机构加大支持碳中和相关技术创新的力度，激励企业增加生态环境科技研发经费。例如，深圳和北京等地已经实施了财政补贴政策，对CCUS项目投资进行补贴，奖励额度分别占总投资的20%和25%，最高上限分别是1000万元和3000万元。

此外，国家还出台了相关的税收优惠政策，对企业从事《环境保护、节能节水项目企业所得税优惠目录》规定符合条件的项目所得，可享受企业所得税“三免三减半”税收优惠，CCUS相关项目已列入目录。在增值税方面，对纳税人提供技术转让、技术开发和与之相关的技术咨询、技术服务，也能免征增值税。

而相应的《碳排放权交易管理暂行条例》的实施，为碳排放权交易提供了法规基础，通过市场机制控制温室气体排放，通过科研促进绿色低碳发展。在研发示范方面，科技部通过国家重点研发计划等项目，支持CCUS技术研发与示范，推动全流程、集成化、规模化的CCUS示范项目落地，也推进了高校机构对于碳补集技术的深入研发与应用。