二氧化碳捕集及封存應(yīng)用現(xiàn)狀

石進忠

【摘要】二氧化碳排放控制技術(shù)是推動碳達(dá)峰、碳中和、構(gòu)建全人類生態(tài)文明共同體的重要支撐之一。本文以工業(yè)能源過程中的碳捕集與封存技術(shù)為重點，整合該技術(shù)在科技和工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域的智能信息，分析其發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢。從國際發(fā)展布局來看，中美是碳捕集與封存技術(shù)創(chuàng)新與應(yīng)用的主要國家。并逐漸發(fā)展出行業(yè)內(nèi)最流行的碳足跡、碳捕集與封存技術(shù)。碳捕集與封存技術(shù)經(jīng)歷了引入期、成長期、成熟期和穩(wěn)定期。迎來了第二輪快速增長階段。碳捕集與封存技術(shù)的研究可為優(yōu)化產(chǎn)業(yè)能源結(jié)構(gòu)和向綠色低碳轉(zhuǎn)型提供一定參考。

【關(guān)鍵詞】石油化工;能源利用;二氧化碳;碳捕獲和儲存

0 前言

隨著全球資源開發(fā)利用的深入和掠奪性發(fā)展，能源短缺、生態(tài)失衡、氣候變暖等問題日益突出。人類必須對生產(chǎn)和生活方式作出必要的改變。截至2021年，全球已有120多個國家制定了碳中和目標(biāo)或發(fā)展路線圖，低碳技術(shù)已成為全球科技強國的重點部署領(lǐng)域。我國經(jīng)濟轉(zhuǎn)型升級和能源結(jié)構(gòu)調(diào)整面臨巨大壓力。碳中和將改變傳統(tǒng)的低效率污染發(fā)展模式，構(gòu)建綠色、低碳、循環(huán)的可持續(xù)發(fā)展模式，為能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型和經(jīng)濟高質(zhì)量發(fā)展提供動力。實施碳中和要綜合考慮我國宏觀經(jīng)濟增長、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級、碳排放空間等關(guān)鍵因素。

在整個工業(yè)能源消耗的過程中，低碳技術(shù)一直在逐步鋪墊。碳減排裝置或設(shè)備、碳回收與捕集工藝、碳檢測與吸收方法、碳儲存與中和技術(shù)的發(fā)展已有數(shù)十年的歷史，但尚未達(dá)到綜合中和的水平，綠色主導(dǎo)的相關(guān)技術(shù)仍需深度創(chuàng)新和孵化。本文以工業(yè)能源過程中的碳捕集與封存技術(shù)為重點，綜合該技術(shù)在科學(xué)、技術(shù)、應(yīng)用等領(lǐng)域的信息，并對其研究發(fā)展進行綜述。

1 技術(shù)發(fā)展綜合評價

1.1 技術(shù)發(fā)展格局

工業(yè)領(lǐng)域碳捕集與封存技術(shù)的發(fā)展受政策、環(huán)境發(fā)展和資源分布實時變化的影響，呈現(xiàn)不同階段。對技術(shù)生命周期進行定量分析的方法可以有效呈現(xiàn)其發(fā)展趨勢，可靠地預(yù)測技術(shù)未來的發(fā)展趨勢碳捕集與封存技術(shù)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域萌芽于1970年代，其發(fā)展始于2002年。2002-2006年間，技術(shù)公開的情況零星出現(xiàn)，標(biāo)志著該技術(shù)的興起，但該階段的整體技術(shù)創(chuàng)新活動相對不景氣，是該技術(shù)的引進期;2006 年至 2010 年技術(shù)數(shù)量的快速增長是該技術(shù)出現(xiàn)的主要原因。成長期：2010年至2015年，該技術(shù)總量已達(dá)到1000余項量級，且逐年增長略有放緩，呈現(xiàn)平穩(wěn)增長態(tài)勢，這是該技術(shù)的成熟期。由于技術(shù)信息披露滯后，2019年以后的數(shù)據(jù)沒有參考價值，但從技術(shù)路線和技術(shù)趨勢線的整體走勢來看，未來仍有較大增長。同時，隨著2020年我國和世界對環(huán)境技術(shù)和碳排放相關(guān)技術(shù)的重視，以及大量低碳政策的出臺，碳捕集與封存技術(shù)或?qū)⒂瓉硇乱徊ㄔ鲩L。

在減排、降本增效方面，技術(shù)的創(chuàng)新程度相對活躍。在時間維度上，可以從漸進的發(fā)展趨勢判斷技術(shù)發(fā)展的階段;在空間維度上，可以從技術(shù)起源的國家和地區(qū)判斷技術(shù)的目標(biāo)市場和行業(yè)定位。碳捕集與封存技術(shù)的生產(chǎn)國仍主要分布在世界發(fā)達(dá)國家。中國是最大的碳捕集和封存技術(shù)生產(chǎn)國。中國參與了上述各個技術(shù)點的布局，而美國的技術(shù)布局主要集中在流化床技術(shù)、富氫氣體和廢氣流動技術(shù)、燃料技術(shù)。其中，富氫氣體和廢氣流動技術(shù)尤為重要。加拿大、日本、韓國、瑞士、德國、芬蘭作為技術(shù)輸出的二線國家，與中美相比，在技術(shù)上的儲備相對較弱。

1.2 技術(shù)發(fā)展路線分析

通過對碳捕集與封存技術(shù)整體發(fā)展情況的綜合分析，可以看出該技術(shù)的發(fā)展呈現(xiàn)出逐步深化和細(xì)化的趨勢。碳捕集與封存技術(shù)的發(fā)展脈絡(luò)是：通過減排裝置減少碳排放（設(shè)備和設(shè)備的優(yōu)化）→通過生物方法（涉及動植物干預(yù)的方法）實現(xiàn)碳排放消耗/轉(zhuǎn)化→通過燃燒和燃料加工實現(xiàn)技術(shù) 碳減排（燃料加工和燃燒過程）→通過碳排放成分的再合成/利用（回收）→通過碳排放量化/控制過程→通過碳足跡追蹤捕捉技術(shù)收集→通過碳儲存技術(shù)（儲存）。

通過對碳捕集與封存技術(shù)標(biāo)志性技術(shù)發(fā)展路線的分析，可以看出，碳捕集與封存技術(shù)的整體發(fā)展正朝著專業(yè)化、精細(xì)化、廣泛應(yīng)用的方向發(fā)展，走出一條越來越清晰度技術(shù)路線。碳排放相關(guān)技術(shù)的研發(fā)已經(jīng)開始;1980年代，澳大利亞通過燃燒和燃料加工技術(shù)實現(xiàn)了碳減排，這是一個十分重要的標(biāo)志，代表著二氧化碳捕集技術(shù)取得了初步的成果。此后幾十年，與燃料和燃燒相關(guān)的碳減排技術(shù)非?；钴S;1990年代，加拿大開發(fā)了碳排放成分的再合成/利用技術(shù)，通過碳回收和二次循環(huán)實現(xiàn)碳減排。同時，碳排放量化/控制技術(shù)也逐漸發(fā)展起來，碳排放的精準(zhǔn)控制技術(shù)有賴于先進測控技術(shù)的大力發(fā)展。排放的標(biāo)準(zhǔn)化和量化也促進了對生物化工、煤化工、煉油等產(chǎn)業(yè)鏈下游碳排放的認(rèn)識提高到一個新的水平。

20世紀(jì)末，美國學(xué)者正式提出了“碳捕獲”的定義，在美國科技界引起了軒然大波。為應(yīng)對碳捕集相關(guān)技術(shù)研發(fā)熱潮，碳足跡追蹤捕集技術(shù)以專有名詞的形式多次被提出，并得到迅速發(fā)展，二氧化碳捕集開始成為學(xué)術(shù)界和能源界的焦點，各國在改領(lǐng)域均有一定的布局，各主要的科研機構(gòu)對于二氧化碳捕集的研究數(shù)量也逐漸增多。2014年，碳儲存技術(shù)正式問世，這是低碳技術(shù)發(fā)展的重要里程碑。具有先進設(shè)備和技術(shù)的碳組分儲存技術(shù)逐步完善并得到廣泛應(yīng)用。

2結(jié)論

本文以工業(yè)能源過程中的碳捕集與封存技術(shù)為重點，整合科技與工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域的技術(shù)文獻(xiàn)資料，通過分析總結(jié)碳捕集與封存技術(shù)的研究與發(fā)展可以得知，中美是碳捕集與封存技術(shù)創(chuàng)新與應(yīng)用的主要國家?？梢?，碳捕集與封存技術(shù)的整體發(fā)展正在朝著專業(yè)化、精細(xì)化、廣泛應(yīng)用的方向發(fā)展。

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