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在全球积极应对气候变化的背景下，CCUS（碳捕集、利用与封存）技术逐渐成为各国推动低碳转型、实现碳中和的重要手段。日前召开的《联合国气候变化框架公约》第二十九次缔约方大会（COP29）正式通过了《巴黎协定》关于碳移除减排量的授权机制，表明国际社会在支持CCUS技术发展方面达成了广泛共识。对我国而言，CCUS技术也是实现碳中和的重要技术组成。CCUS技术涵盖二氧化碳捕集、运输、利用及封存等多个环节，其中，碳捕集作为核心技术环节，具有碳源多样、技术密度高、资金需求大、工艺复杂等特点，是决定CCUS项目投资和部署的关键因素。本版内容来自北京理工大学能源与环境政策研究中心系列研究报告，着重研究了该技术的发展需求、前沿趋势及关键挑战，并提出相应的发展建议，敬请关注。

全球碳捕集技术正朝着稳定高效、低能耗和低成本趋势发展

在碳中和目标与经济高质量发展的双重推动下，我国对CCUS技术的需求极为迫切。作为当前实现化石能源低碳化利用的唯一途径，CCUS技术不仅是保持碳中和目标下电力系统灵活性的关键手段，也是钢铁、水泥等难减排行业在尚未出现颠覆性减排技术时的可行选项。然而，当前碳捕集技术高昂的成本对上述行业的低碳转型带来了较大压力。同时，因排放源各异，各行业适配的碳捕集技术在工艺、设备、材料及成本等方面具有较大差异，制约CCUS技术进一步推广。在此背景下，超前研发高效、低能耗的碳捕集材料，推进核心工艺变革升级，进一步提高各类碳排放源浓度下捕集技术的成熟度，形成碳捕集技术新体系，是推动CCUS技术广泛应用的关键。

全球碳捕集技术正朝着稳定高效、低能耗和低成本趋势发展，亟须立足全球视野和我国国情，识别我国碳捕集技术与全球碳捕集技术前沿进展的差距，促进关键核心技术攻关和成果产业化，推动我国在全球碳捕集技术竞争中抢占战略优势地位。

全球碳捕集技术在成本、能耗和适用性方面不断优化，代际演进特征凸显。第一代技术以化学吸收法中的基础胺溶剂为主，尽管技术相对成熟并实现了工业化应用，但是高能耗与高成本限制了其大规模部署。第二代技术通过复配胺溶剂的优化显著提升了能效。美国成功将捕集能耗降低至2.6吉焦/吨二氧化碳，捕集成本降至70美元/吨；英国进一步优化工艺后，实现了2.4吉焦/吨二氧化碳的能耗水平，捕集成本降至60美元/吨。第二代技术的发展标志着碳捕集技术在能耗和经济性方面取得了显著进展。第三代技术则凭借新型材料与工艺的突破，成为当前碳捕集技术研发的前沿方向。以欧洲开发的相变溶剂技术为例，该技术通过材料创新将能耗进一步降至2.2吉焦/吨二氧化碳，捕集成本压缩至39美元/吨。第三代技术不仅在技术的经济性和适用性上实现了显著提升，还为钢铁、水泥等高碳排放行业带来了更具竞争力的减排方案。碳捕集技术的代际发展，遵循着由工艺改进向技术革新的演进路径，为未来更大规模、更广范围的技术应用创造了可能。

新型碳捕集技术发展迅速。传统的二氧化碳捕集技术主要分为燃烧后捕集、燃烧前捕集、富氧燃烧。其中，燃烧后捕集技术应用最为广泛，涵盖化学吸收、物理吸附、膜分离和低温精馏等多种方法。化学吸收法以单胺和复配胺溶剂为代表，是目前最为成熟的技术，已广泛应用于燃煤电厂和工业烟气捕集项目；物理吸附法适用于高压气体分离场景，尤其是天然气处理领域；膜分离技术和低温精馏法在特定条件下表现出高效的分离能力，特别适用于高浓度气源的处理。与此同时，新型碳捕集技术正迅速发展，包括但不限于电化学捕集、固态吸附、催化解吸、界面捕集，以及利用微生物或藻类进行二氧化碳固定等方法。DAC（空气二氧化碳直接捕集）技术主要依赖吸附法和吸收法，通过高效的材料和化学反应，从大气中直接捕集二氧化碳并将其存储或转化为有用资源，目前，美国、挪威、冰岛、肯尼亚和阿联酋等国已开始大规模部署和示范。多种捕集技术各具优势，但仍面临高能耗和高成本挑战，需要通过持续的研发优化以实现大规模应用。

全球范围内碳捕集技术研发受到广泛重视，专利申请数量庞大并增长迅速。自2005年开始，碳捕集技术专利数量呈快速增长趋势，年均增速达18.7%。截至目前，全球范围内与碳捕集技术直接关联的专利有40383项，其中近10年公开的专利数量达32685项。中国、美国和世界知识产权组织的CCUS专利数量位居世界前三，专利总数分别为31210项、4203项、3755项，合计占全球总量的71.1%。我国碳捕集专利申请总量自2013年起超越美国，现稳居全球首位。

国内外二氧化碳捕集项目发展各具特色。我国已投运项目多数采用化学吸收法。美国碳捕集项目采用技术更多元化，重点集中在天然气处理（6个）、生物质能源（5个）和直接空气捕集（2个）等多个新型碳捕集技术领域。欧盟则着力推动二氧化碳捕集产业的规模化和商业化，尤其在天然气处理和直接空气捕集领域。我国在直接空气捕集等新兴技术研发上起步较晚，整体水平尚待提升。

我国碳捕集技术成本优势显著，在“并跑”与“跟跑”中寻求突破

我国已发展形成适配多种浓度不同规模排放源的碳捕集技术。截至2024年11月底，我国已投运和规划建设中的CCUS示范项目超120个，二氧化碳捕集能力达600万吨/年。低成本、低能耗的新一代碳捕集技术呈现快速发展态势，正由中试逐步向工业示范过渡。同时，碳捕集项目应用场景明显增多，涉及煤炭、石油、天然气、新能源等能源生产领域，以及电力、化工、钢铁、水泥、建筑、交通等多个应用场景，已呈现规模化发展趋势。

我国碳捕集技术成本整体处于全球中等偏低水平，具有一定的发展优势。从已投运项目的碳捕集成本来看，我国煤化工和石油化工领域的一体化驱油示范项目捕集成本相对较低，为105~250元/吨二氧化碳。电力、水泥捕集成本较高，分别为200~600元/吨二氧化碳和305~730元/吨二氧化碳，但整体低于国外的350~977元/吨二氧化碳和686~1280元/吨二氧化碳。

我国碳捕集技术与国际水平呈现“并跑”与“跟跑”并存的状态。具体而言，我国的化学吸收法已在能耗和成本控制方面取得了显著突破，与国际水平齐平，但在第三代技术领域仍面临挑战。目前，第三代技术多处于工业化探索阶段。以相变溶剂技术为例，其在部分示范项目中实现了较低能耗（目标2.2吉焦/吨二氧化碳），但距离商业化规模应用仍需技术和工艺的进一步突破。此外，直接空气捕集、低温精馏和膜分离技术在国内的应用大多停留在中试阶段，与国际成熟项目相比尚有差距。要在前沿领域实现超越，我国亟须加大技术创新力度，深化关键技术研发，同时推动新技术的规模化验证和推广，以进一步提升国际竞争力。

我国碳捕集技术面临规模化、适用性、代际权衡等多重挑战

尽管我国在碳捕集技术领域取得了显著进展，但仍面临多重挑战。

发达国家高度重视碳捕集专利的全球布局，我国在专利申请全球化方面尚显不足。我国机构几乎仅限在本国申请专利，在国外专利布局较少，这或将对我国未来二氧化碳捕集专利的海外技术转移构成严重制约。而发达国家则在全球积极申请二氧化碳捕集专利，以占领全球CCUS技术市场，构建围绕核心技术群的全球保护战略。

CCUS项目总体进展仍然缓慢，规模效应不显著，碳捕集技术仍处于成本曲线的高点。碳捕集技术的部署仍面临高昂的初期资本投入挑战，已成为发展工业点源捕集和直接空气捕集最具挑战的技术难题。高成本主要来自设备购置、运营维护及能源消耗，加之部分技术的成熟度不足，尤其对于低浓度排放源（热电厂、水泥行业），碳捕集的总成本大大高于其他行业。此外，碳捕集技术的成本发展趋势还存在很大的不确定性，关键影响因素包含技术进步速度、项目投融资成本、市场和基础设施完善程度、政策环境等。反过来，高成本与高不确定性又将进一步影响碳源企业部署碳捕集技术的积极性，从而制约CCUS的大规模发展。

碳排放源复杂性导致碳捕集技术面临适用性挑战。我国可部署二氧化碳捕集技术的碳排放源空间分布广且类型复杂，涵盖煤电、钢铁、水泥、化工等多个行业。各行业碳排放浓度和捕集需求差异显著，各项技术在成熟度、适用场景和成本效益方面各具特点，导致碳捕集技术在与碳汇的空间匹配性、成本效益性及材料环境友好性等方面面临严峻挑战。特别是在碳中和深度减排的背景下，CCUS未来将趋向大规模集群化发展。当多个不同类型碳排放企业共同参与同一集群建设时，技术集成、成本分摊、利益分配、技术标准及制度设计等方面也将面临复杂挑战。

碳捕集技术尚未完全满足大规模、长期稳定运行的需求。目前多数技术仍处于中试或工业示范阶段。例如，膜分离技术尽管具有较好的前景，但在性能方面仍需改进，尤其是在处理大规模排放时的效率和稳定性。此外，碳捕集过程中，常常伴随其他污染物，如无机氨、气溶胶等的排放，但目前缺乏成熟的协同处理技术，因此限制了捕集系统的整体效率和环境友好性。尽管许多碳捕集技术已经在实验或示范阶段取得了进展，但其长期运行的系统稳定性、材料耐久性等关键指标的安全性和可靠性数据仍然不足，实际部署风险难以准确评估，从而影响了大规模应用的推进速度。

我国碳捕集技术的部署面临着代际权衡挑战。我国碳捕集技术部署涉及对上千个工业排放点源的改造，规划决策直至2060年。其优化决策是一个面向长周期的复杂系统工程，需综合考虑我国不同发展阶段的碳减排需求、工业点源特性、基础设施服役寿命、技术锁定效应等因素。随着碳捕集技术未来将从第一代逐步向第N代不断演进，其成本、效率、适用性和可持续性等指标可能发生跃迁式变化，因此，必须从长期视角出发，立足多技术主体立场，审慎权衡技术的代际选择，规避技术锁定风险，寻找一条长期成本最优的碳捕集技术部署路径。

碳捕集下游领域亟须突破低成本大规模二氧化碳高附加值转化技术。将二氧化碳转化为高附加值化学品和液体燃料，既能创造经济效益，又能实现环境效益，近年来已成为技术研发的热点。但由于二氧化碳的化学性质和反应路径复杂，转化利用依然面临挑战。突破高温高压环境的瓶颈并寻找合适的催化剂，是实现二氧化碳高效资源化利用的核心所在。为此，需优化二氧化碳转化利用路径的组合，合理分配各技术路径的比例，同步探究光、电、热多场耦合技术的发展，以及开发有机酸、醇、酯等高附加值化学品的定向转化新途径，这些对于拓宽二氧化碳的应用领域、提升其上游捕集环节的经济价值具有重要意义。

我国碳捕集技术仍缺乏持续有效的专项资金激励政策。尽管已有政策引导，如国家发展改革委于2024年4月发布的《节能降碳中央预算内投资专项管理办法》中提到，CCUS项目补贴占比可达20%，然而，对于碳捕集技术的实质性补贴、针对性税收优惠等经济性激励措施，在力度和覆盖范围上仍然有限。特别是在技术研发和示范项目初期，政策资金扶持力度不大，导致技术进步缓慢，缺乏推动大规模应用的内生动力。

碳捕集相关标准与评估方法学体系不完善。尽管我国已开始制定碳捕集技术相关标准，但现有政策文件在提供碳捕集项目具体指导方面存在不足。目前，针对碳捕集技术全过程的统一标准尚不完善，多数标准仍处于起草、征求意见或审批阶段，而且地方标准和行业标准存在不统一，可能导致技术执行和评估标准在不同地区和项目间存在差异。此外，碳捕集项目的减排核算方法尚未形成统一的评估体系，缺乏对不同捕集技术效率的定量评估标准，存在碳减排量核算不准确、减排效益评估方法不一致等问题，进而可能导致碳减排量的双重计算或漏算。针对碳捕集技术的直接立法依然缺乏，现行环境法律体系尚未明确将温室气体纳入污染物范畴，进一步限制了碳捕集技术的推广和应用。

我国碳捕集项目尚未全面融入市场化机制。碳捕集技术与碳市场的衔接机制尚不明确，缺乏有效的碳定价和排放权交易体系支撑，从而限制了技术的经济激励效应。在市场上，碳捕集产品的应用仍然有限，碳捕集技术的加装与运行可能导致原产品成本上升10%~90%，致使二氧化碳转化的下游产品难以显现成本优势。

全面提升我国碳捕集技术水平与核心竞争力的对策建议

碳捕集环节是决定CCUS项目投资和部署的关键。“十五五”期间，亟须加快统筹相关基础研究、技术开发、装备研制、集成示范和产业培育，全面提升我国碳捕集技术水平与核心竞争力。

加强碳捕集技术创新体系的总体布局。政府应从顶层制定CCUS技术发展专项战略，形成与碳中和目标相结合的长期碳捕集技术路线图，明确各行业、各阶段的碳捕集技术需求，统筹技术创新与产业转型。同时，尽快启动碳捕集科技创新战略，设立专项资金支持关键技术研发，建立碳捕集技术产业联盟，促进产学研深度融合，突破碳捕集产业链关键环节的技术瓶颈，推动技术的规模化应用。

围绕碳捕集技术瓶颈和薄弱环节，重点突破一批关键基础理论和前沿技术。针对现有碳捕集技术能耗高、效率低和稳定性差的问题，建议重点突破新型低能耗碳捕集材料的研发。此外，建议加强传统CCUS技术与风能、太阳能、氢能等可再生能源的集成耦合，探索多能源系统的能量互补与时空协同，提升系统效率和应用场景多样性。利用弃风弃光资源消除碳捕集及空气碳捕集的能耗瓶颈，并推动碳捕集与绿氢等产业融合发展，实现资源优化配置与低碳转型协同增效。

加大资金投入和政策支持力度，推动碳捕集技术研发与应用。建议在技术发展初期加大对碳捕集项目的直接拨款力度，建立覆盖多行业、多技术类型的专项税收抵免或碳捕集补贴政策，为企业投资提供长期激励，缓解技术研发成本压力，激励社会资本积极参与。进一步完善碳排放交易体系，将碳捕集纳入碳排放交易市场，赋予其碳信用交易资格，并通过绿色债券和低息贷款等金融工具拓宽融资渠道。鼓励多能源系统融合与创新，推动碳捕集技术与风能、太阳能、氢能等清洁能源的深度协同，优化能源配置，提高碳减排效率，为低碳转型提供强有力支撑。

健全碳捕集技术标准体系，加速补齐基础短板。为保障碳捕集设施建设与运营的规范性、安全性与环保性，国家层面需要针对相关行业制定碳捕集设施的技术标准和安全规范，强化对其性能、运行效率及安全性的评估与认证。推动地方政府制定配套地方性实施细则，确保碳捕集项目环境影响可控，规避潜在的环境风险。加强碳捕集设施的全生命周期监管，建立统一规范的碳减排核查与跟踪报告机制，对碳捕集设施的运行情况进行持续监测与评估。

加强碳捕集技术预见与监测，提升专利质量，优化基础研究方向和前沿技术布局。积极开展碳捕集前沿技术预见及专利布局的深度研究，定期评估国内外技术发展动态，科学引导研发方向。聚焦碳捕集关键核心技术，构建长期技术预见与监测体系，建立项目库与技术库，识别CCUS技术的关键科学与工程技术问题。鼓励通过数字化与智能化技术，如物联网、人工智能和区块链，提升技术实时监控和动态调控效率，提高专利质量和产业应用价值，解决当前我国碳捕集专利“量大质低”的问题。

将碳捕集技术发展纳入国际合作战略，加强核心技术海外知识产权布局。积极加强与国际科研机构和企业的合作，将碳捕集技术纳入多边、双边国际科技合作，基于国际视野推动我国碳捕集技术研发和国际先进技术的引进、消化和再创新。重视加强海外专利布局，构建全球知识产权保护格局，提高碳捕集单项技术及集成技术的国际竞争力，推动我国CCUS技术的全球化推广，打破国外机构对关键技术的垄断。

来源：中国石化报

（转自：易碳家）

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