二氧化碳捕集技術(shù)利用現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)：與植物吸收的比較分析

行業(yè)現(xiàn)狀概述

隨著全球氣候變化問(wèn)題的日益嚴(yán)峻，二氧化碳捕集、利用與封存（CCUS）技術(shù)作為減緩氣候變化的重要路徑，受到了前所未有的關(guān)注。根據(jù)《中國(guó)二氧化碳捕集利用與封存(CCUS)年度報(bào)告(2023)》統(tǒng)計(jì)，截至2022年底，中國(guó)已投運(yùn)和規(guī)劃建設(shè)中的CCUS示范項(xiàng)目達(dá)96個(gè)，其中已投運(yùn)項(xiàng)目超過(guò)半數(shù)，具備CO?捕集能力約400萬(wàn)噸/年。這些項(xiàng)目覆蓋了煤電、石化、油氣等多個(gè)高碳排放行業(yè)，標(biāo)志著CCUS技術(shù)正逐步從實(shí)驗(yàn)室走向規(guī)?；瘧?yīng)用。

關(guān)鍵捕集技術(shù)及其特點(diǎn)

燃燒前捕集

該技術(shù)主要應(yīng)用于煤氣化和天然氣重整過(guò)程中，通過(guò)合成氣轉(zhuǎn)化和分離，高效捕集CO?。其優(yōu)勢(shì)在于原料氣體積大幅減少，降低了分離設(shè)備的尺寸和溶劑用量，且分離效率高。例如，華能天津煤氣化聯(lián)合循環(huán)（IGCC）項(xiàng)目的CO?捕集裝置，單位能耗和捕集成本均處于較低水平。

富氧燃燒捕集

富氧燃燒技術(shù)通過(guò)使用高純度氧氣替代空氣進(jìn)行燃燒，產(chǎn)生的煙氣中CO?濃度可高達(dá)80%以上，便于后續(xù)捕集和液化。然而，該技術(shù)能耗較高，主要源于空分裝置的低溫工藝。盡管如此，其在碳捕集效率和污染物減排方面的優(yōu)勢(shì)依然顯著，如青州中聯(lián)水泥的全氧燃燒耦合碳捕集示范項(xiàng)目，展現(xiàn)了低能耗、高效率的捕集能力。

燃燒后捕集

燃燒后捕集技術(shù)適用于對(duì)現(xiàn)有電廠和工廠的低碳改造，從排放的煙氣中捕獲CO?。然而，由于煙氣體積大、CO?濃度低，捕集過(guò)程能耗和投資成本較高。國(guó)家能源集團(tuán)泰州電廠的CCUS項(xiàng)目，作為亞洲最大的燃煤電廠燃燒后碳捕集工程，通過(guò)優(yōu)化工藝和技術(shù)創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)了高效捕集和低成本運(yùn)營(yíng)。

化學(xué)鏈燃燒捕集與直接空氣捕集

化學(xué)鏈燃燒技術(shù)通過(guò)固體載氧體實(shí)現(xiàn)氧傳遞，避免燃料與空氣直接接觸，簡(jiǎn)化了CO?捕集流程。東方電氣集團(tuán)的化學(xué)鏈燃燒示范裝置，標(biāo)志著該技術(shù)從理論到實(shí)踐的重大突破。而直接空氣捕集（DAC）技術(shù)，則直接從大氣中捕集CO?，雖然成本高，但具有極高的靈活性和潛力，如原初科技的空氣源碳捕集礦化一體化示范項(xiàng)目。

與植物吸收二氧化碳的比較

植物固碳的優(yōu)勢(shì)與局限

自然界中，植物通過(guò)光合作用吸收CO?，并將其轉(zhuǎn)化為有機(jī)物儲(chǔ)存在體內(nèi)，同時(shí)釋放氧氣。這一過(guò)程對(duì)環(huán)境友好，成本極低，且具有生態(tài)價(jià)值。然而，植物固碳效果相對(duì)較慢，需要大量土地和時(shí)間才能達(dá)到顯著的減排效果。此外，氣候變化和土地利用變化等因素，也可能影響植物的固碳能力。

人工捕集技術(shù)的優(yōu)勢(shì)與挑戰(zhàn)

相比之下，人工捕集技術(shù)具有高效、靈活的特點(diǎn)，能夠在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模減排。尤其是在高碳排放源，如煤電、石化等行業(yè)，人工捕集技術(shù)能夠顯著降低CO?排放強(qiáng)度。然而，高昂的捕集成本、技術(shù)成熟度不一以及產(chǎn)業(yè)鏈復(fù)雜等問(wèn)題，仍是制約人工捕集技術(shù)廣泛應(yīng)用的主要瓶頸。

主要機(jī)遇與挑戰(zhàn)

機(jī)遇

1. 政策支持：全球范圍內(nèi)對(duì)氣候變化的關(guān)注，推動(dòng)了各國(guó)政府對(duì)CCUS技術(shù)的政策支持，包括資金補(bǔ)貼、稅收優(yōu)惠等。
2. 技術(shù)進(jìn)步：隨著科研投入的增加，新一代低能耗、低成本的捕集技術(shù)不斷涌現(xiàn)，提高了CCUS技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性和可行性。
3. 市場(chǎng)需求：隨著碳交易市場(chǎng)的建立和完善，企業(yè)對(duì)CO?減排的需求日益增加，為CCUS技術(shù)提供了廣闊的市場(chǎng)空間。

   挑戰(zhàn)

4. 技術(shù)成熟度：盡管CCUS技術(shù)取得了顯著進(jìn)展，但仍需進(jìn)一步突破關(guān)鍵技術(shù)瓶頸，降低捕集成本。
5. 產(chǎn)業(yè)鏈整合：CCUS產(chǎn)業(yè)鏈復(fù)雜，涉及捕集、運(yùn)輸、利用和封存等多個(gè)環(huán)節(jié)，需要加強(qiáng)產(chǎn)業(yè)鏈整合和協(xié)同創(chuàng)新。
6. 公眾認(rèn)知：部分公眾對(duì)CCUS技術(shù)的認(rèn)知和接受程度有限，需要加強(qiáng)科普宣傳和教育引導(dǎo)。

   競(jìng)爭(zhēng)格局深度分析

   當(dāng)前，CCUS技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)格局尚未形成完全固定的格局，國(guó)內(nèi)外企業(yè)均在積極研發(fā)和推廣新技術(shù)。國(guó)內(nèi)企業(yè)如華能、國(guó)家能源集團(tuán)、中國(guó)石化等，在CCUS示范項(xiàng)目和技術(shù)創(chuàng)新方面取得了顯著成果。國(guó)外企業(yè)如Shell、ExxonMobil等，也在全球范圍內(nèi)布局CCUS項(xiàng)目和技術(shù)合作。未來(lái)，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和市場(chǎng)的逐步成熟，CCUS技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)格局將更加多元化和復(fù)雜化。

   未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)預(yù)測(cè)

7. 規(guī)?；瘧?yīng)用：隨著技術(shù)的不斷成熟和成本的降低，CCUS技術(shù)將逐步實(shí)現(xiàn)規(guī)?；瘧?yīng)用，尤其是在煤電、石化等高碳排放行業(yè)。
8. 資源化利用：CO?資源化利用將成為CCUS技術(shù)的重要發(fā)展方向，通過(guò)化學(xué)反應(yīng)將CO?轉(zhuǎn)化為化學(xué)化工產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益的雙贏。
9. 技術(shù)創(chuàng)新：新一代低能耗、低成本的捕集技術(shù)將不斷涌現(xiàn)，推動(dòng)CCUS技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步和廣泛應(yīng)用。

   給業(yè)界的建議

10. 加強(qiáng)技術(shù)研發(fā)：企業(yè)應(yīng)加大科研投入，突破關(guān)鍵技術(shù)瓶頸，降低捕集成本，提高CCUS技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性和可行性。
11. 推動(dòng)產(chǎn)業(yè)鏈整合：加強(qiáng)產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)的合作與協(xié)同，實(shí)現(xiàn)資源共享和優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，推動(dòng)CCUS產(chǎn)業(yè)鏈的整合和發(fā)展。
12. 拓展應(yīng)用領(lǐng)域：積極探索CO?資源化利用的新途徑和新領(lǐng)域，提高CCUS技術(shù)的綜合效益和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
13. 加強(qiáng)國(guó)際合作：加強(qiáng)與國(guó)際先進(jìn)企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)的合作與交流，引進(jìn)和消化國(guó)際先進(jìn)技術(shù)和管理經(jīng)驗(yàn)，推動(dòng)CCUS技術(shù)的國(guó)際化發(fā)展。

    Q&A

    Q1: CCUS技術(shù)的主要瓶頸是什么？ A1: CCUS技術(shù)的主要瓶頸包括高昂的捕集成本、技術(shù)成熟度不一以及產(chǎn)業(yè)鏈復(fù)雜等問(wèn)題。 Q2: 植物固碳與人工捕集技術(shù)相比有何優(yōu)勢(shì)？ A2: 植物固碳對(duì)環(huán)境友好、成本極低，且具有生態(tài)價(jià)值。然而，其效果相對(duì)較慢，需要大量土地和時(shí)間才能達(dá)到顯著的減排效果。 綜上所述，當(dāng)前二氧化碳捕集技術(shù)正處于快速發(fā)展階段，展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景和巨大的市場(chǎng)潛力。與植物吸收二氧化碳相比，人工捕集技術(shù)具有高效、靈活的特點(diǎn)，但同時(shí)也面臨著成本高、技術(shù)成熟度不一等挑戰(zhàn)。未來(lái)，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和市場(chǎng)的逐步成熟，CCUS技術(shù)將在實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)中發(fā)揮更加重要的作用。