作者:郑金武 来源:中国科学报 发布时间:2021/1/26 19:33:14
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实现碳中和:碳捕集利用与封存技术大有可为

 

减少碳排放,实现碳中和,是应对气候变化、实现人类可持续发展的重要举措。

不久前,我国提出,“将提高国家自主贡献力度,采取更有力的政策和措施,二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和”。

“在2060年实现碳中和的目标下,以化石能源结构为主的能源结构必然发生革命性的变化。”中国石油大学(北京)教授、温室气体封存和石油开采利用北京市重点实验室主任彭勃告诉《中国科学报》,“在能源结构由化石能源向可再生能源,以及更高效能源体系转换的过程中,CCUS(碳捕集利用与封存)技术意味着更多的机会和挑战。”

碳中和带来挑战与机遇

气候变化是21世纪人类面临的严峻挑战,是影响人类可持续发展的共性问题,积极应对气候变化已成为全球普遍的共识和大势所趋。

在近日由中国石油大学(北京)、中国环境学会碳捕集利用与封存专业委员会主办的“2060碳中和:碳捕集利用与封存机遇与挑战”会议上,中国工程院院士、中国石油大学(北京)副校长李根生表示,我国宣布2060年前实现碳中和,体现了我国实施的积极应对气候变化战略,彰显了我国负责任大国形象,同时也预示着新一轮科技革命和产业变革的历史性机遇。

碳中和是指通过植树造林、节能减排等形式,以抵消产生的二氧化碳排放量,实现二氧化碳“零排放”。

“实现2060年碳中和目标,对于当前的经济结构和技术水平具有挑战性。”中国环境学会碳捕集利用与封存专业委员会秘书长张九天表示,碳达峰和碳中和对我国的经济产业、能源体系和科学基础的要求截然不同,碳达峰的实现需要现有发展路径的调整,而碳中和则完全需要经济和能源系统的重构。

欧亚科学院院士何建坤也指出,我国要实现2030年碳达峰目标和2060年碳中和的愿景,任务紧迫、挑战严峻。“实现碳中和目标将倒逼我国实现经济产业发展和能源结构的转型,引领世界经济技术变革的潮流。”

“‘十四五’时期将是我国加快气候行动的关键期,为实现碳达峰和碳中和目标的气候政策部署刻不容缓。”国家应对气候变化中心副主任马爱民强调,在政策激励的同时,加强低碳发展的关键技术、前沿技术创新,扩大低碳技术应用,是实现长期目标的关键。

推进CCUS技术创新应用

碳捕集利用与封存(CCUS)是指将二氧化碳从排放源中分离后,或转化利用,或直接封存,以实现二氧化碳减排的技术过程。碳捕集利用与封存技术是国际公认的能够实现化石能源大规模直接减排和低碳利用的技术,是我国实现碳中和目标技术组合中的重要构成部分,是各国碳中和目标实现的重要支撑。

彭勃介绍,目前CCUS技术的规模化应用,重点是将捕集的二氧化碳与提高石油采收率相结合,即把生产过程中排放的二氧化碳进行提纯,继而投入到采油等新的生产过程中,实现二氧化碳的循环再利用,而不是简单地对二氧化碳进行封存。与此前的技术相比,CCUS技术可以将二氧化碳资源化,并产生一定的经济效益,因而更具有现实操作性。

同时,随着技术的进展,将CCUS技术应用与非常规油气资源开发相结合,可实现非常规油气资源绿色开发;将CCUS技术与氢能技术结合,可提升蓝氢的比例。这些都是CCUS技术创新的方向。

我国能源结构以煤为主,2019年煤炭占能源总量的58%左右,二氧化碳减排压力巨大;从发展趋势看,虽然非化石能源的能源占比逐渐加大,但以煤为主的化石能源仍然具有重要作用,预测到2050年,占比仍然在10-20%,只有通过CCUS才能实现这部分化石能源的净零排放。

“开展CCUS大规模部署应用,有利于二氧化碳减排和碳中和目标的实现。”彭勃表示,CCUS的规模化部署,在实现二氧化碳减排效益的同时,还将为能源结构的调整和绿色低碳转型提供缓冲时间,并且也将开拓新的就业领域,推动国家经济绿色低碳发展。

油气行业是国家重要的减排行业之一。在油气勘探开发、管输储运、炼制化工等环节开展CCUS技术应用,将使CCUS产业实现突破。此外,火电、钢铁、水泥等行业,CCUS也有非常大的应用前景。

目前,彭勃带领团队正立足CCUS技术在油气行业的研发和应用,积极推动CCUS在典型行业和区域和的发展。“二氧化碳捕集后,可以注注入油藏驱油,代替传统的用水驱油的方式,且二氧化碳驱油在一些方面具有更好的特性。特别是在低渗和页岩油气开发中,二氧化碳能较常规水驱更具优势,应用的需求更为迫切。”

彭勃介绍,二氧化碳驱油,既可以提高油田的采收率,也可以创造社会效益、增加经济效益,是CCUS技术应用的代表性场景。

不过,CCUS技术目前还存在技术单元多、路线长、成本高等局限,亟待更多的政策支持、技术研发和优化,以及体制和机制的创新。

目前,彭勃团队在CCUS领域的研究,覆盖基础理论、技术研发和工业示范等,形成了二氧化碳捕集、运输、利用、封存的各技术单元以及全链条技术积累,并实现了技术的示范应用。

例如,在二氧化碳捕集方面,彭勃团队与新疆油田等企业合作,设计建设了二氧化碳排放收集设施,为CCUS技术在钢铁和化工行业应用提供了经验。在二氧化碳驱油方面,彭勃团队与吉林油田、胜利油田等合作,利用二氧化碳驱油提高采收率。

受油气应对气候变化倡议组织(OGCI)委托,中国石油大学(北京)和英国爱丁堡大学合作完成了“OGCI CCUS商业化白皮书(II)”。在“2060碳中和:碳捕集利用与封存机遇与挑战”会议上,彭勃教授和合作者梁希教授共同发布了白皮书相关内容。

“这份白皮书评估了当前气候变化背景和油气行业发展背景下的中国发展CCUS的角色与重要性,分析中国CCUS发展现状与挑战,对下一步推动中国CCUS的部署给出行动建议并形成了中国CCUS商业化路线图。”彭勃介绍。

强化CCUS技术重点难题攻关

“CCUS技术目前已经开展相关的研发和示范,但大规模的推广与应用仍然面临政策、技术、机制等多方面的挑战,需要各方面共同努力进行推动。”马爱民表示。

例如,CCUS在油气行业应用,也存在如何降低成本、如何提升和评估二氧化碳封存安全性、如何实现二氧化碳资源化转变等难题。

“二氧化碳在捕集时,其实也是一个耗能的过程,如何降低能耗和成本?二氧化碳封存到地下,其安全性如何,有什么手段来评估安全性?二氧化碳封存到地下,不是CCUS技术的目标,我们的目标是希望二氧化碳封存后能转化成对人类有用的资源。”彭勃说,这些重点关键问题,都需要开展基础性、前沿性的研究攻关。

彭勃团队正瞄准“二氧化碳地下封存和驱油地质理论和技术”、“二氧化碳驱油过程中的油藏工程学理论和技术”、“二氧化碳在封存与驱油过程中物理化学理论和技术”、“CCUS在非常规油气开发”以及“CCUS与氢能技术的耦合”等开展深入研究。

“中国石油大学(北京)将积极发挥在CCUS领域长期学术积累与成果、学科优势与特色,推进我国CCUS技术的发展。”李根生说,中国石油大学将按照“搭建大平台、承担大项目、凝聚大团队、取得大成果、做出大贡献”的思路,不断提高科技创新能力和综合科研水平。

科技部中国21世纪议程管理中心社会处副处长张贤强调:“在2060碳中和目标下,CCUS技术发展,需要将科研工作与国家重大需求紧密结合,并充分发挥科技创新的推动作用。”

国家应对气候变化中心规划部主任柴麒敏指出:“碳中和目标下CCUS的发展,需要政策推动、技术研发、商业模式的共同推进。”

“在2060碳中和目标下,国家将进一步加强碳CCUS政策顶层设计。”生态环境部应对气候司综合处处长丁辉表示,下一步我国将进一步规范CCUS技术标准,不断加强CCUS技术研发和储备,鼓励和支持CCUS大型项目的建设和示范推广,广泛开展CCUS领域国际交流和务实合作,推进绿色金融与CCUS结合和CCUS商业化部署。

 
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