我國碳捕集技術亟須代際升級

在全球積極應對氣候變化的背景下，CCUS（碳捕集、利用與封存）技術逐漸成為各國推動低碳轉型、實現碳中和的重要手段。日前召開的《聯合國氣候變化框架公約》第二十九次締約方大會（COP29）正式通過了《巴黎協定》關于碳移除減排量的授權機制，表明國際社會在支持CCUS技術發展方面達成了廣泛共識。對我國而言，CCUS技術也是實現碳中和的重要技術組成。CCUS技術涵蓋二氧化碳捕集、運輸、利用及封存等多個環節，其中，碳捕集作為核心技術環節，具有碳源多樣、技術密度高、資金需求大、工藝復雜等特點，是決定CCUS項目投資和部署的關鍵因素。本版內容來自北京理工大學能源與環境政策研究中心系列研究報告，著重研究了該技術的發展需求、前沿趨勢及關鍵挑戰，并提出相應的發展建議，敬請關注。

 

全球碳捕集技術正朝著穩定高效、低能耗和低成本趨勢發展

 

在碳中和目標與經濟高質量發展的雙重推動下，我國對CCUS技術的需求極為迫切。作為當前實現化石能源低碳化利用的唯一途徑，CCUS技術不僅是保持碳中和目標下電力系統靈活性的關鍵手段，也是鋼鐵、水泥等難減排行業在尚未出現顛覆性減排技術時的可行選項。然而，當前碳捕集技術高昂的成本對上述行業的低碳轉型帶來了較大壓力。同時，因排放源各異，各行業適配的碳捕集技術在工藝、設備、材料及成本等方面具有較大差異，制約CCUS技術進一步推廣。在此背景下，超前研發高效、低能耗的碳捕集材料，推進核心工藝變革升級，進一步提高各類碳排放源濃度下捕集技術的成熟度，形成碳捕集技術新體系，是推動CCUS技術廣泛應用的關鍵。

 

全球碳捕集技術正朝著穩定高效、低能耗和低成本趨勢發展，亟須立足全球視野和我國國情，識別我國碳捕集技術與全球碳捕集技術前沿進展的差距，促進關鍵核心技術攻關和成果產業化，推動我國在全球碳捕集技術競爭中搶占戰略優勢地位。

 

全球碳捕集技術在成本、能耗和適用性方面不斷優化，代際演進特征凸顯。第一代技術以化學吸收法中的基礎胺溶劑為主，盡管技術相對成熟并實現了工業化應用，但是高能耗與高成本限制了其大規模部署。第二代技術通過復配胺溶劑的優化顯著提升了能效。美國成功將捕集能耗降低至2.6吉焦/噸二氧化碳，捕集成本降至70美元/噸；英國進一步優化工藝后，實現了2.4吉焦/噸二氧化碳的能耗水平，捕集成本降至60美元/噸。第二代技術的發展標志著碳捕集技術在能耗和經濟性方面取得了顯著進展。第三代技術則憑借新型材料與工藝的突破，成為當前碳捕集技術研發的前沿方向。以歐洲開發的相變溶劑技術為例，該技術通過材料創新將能耗進一步降至2.2吉焦/噸二氧化碳，捕集成本壓縮至39美元/噸。第三代技術不僅在技術的經濟性和適用性上實現了顯著提升，還為鋼鐵、水泥等高碳排放行業帶來了更具競爭力的減排方案。碳捕集技術的代際發展，遵循著由工藝改進向技術革新的演進路徑，為未來更大規模、更廣范圍的技術應用創造了可能。

 

新型碳捕集技術發展迅速。傳統的二氧化碳捕集技術主要分為燃燒后捕集、燃燒前捕集、富氧燃燒。其中，燃燒后捕集技術應用最為廣泛，涵蓋化學吸收、物理吸附、膜分離和低溫精餾等多種方法?；瘜W吸收法以單胺和復配胺溶劑為代表，是目前最為成熟的技術，已廣泛應用于燃煤電廠和工業煙氣捕集項目；物理吸附法適用于高壓氣體分離場景，尤其是天然氣處理領域；膜分離技術和低溫精餾法在特定條件下表現出高效的分離能力，特別適用于高濃度氣源的處理。與此同時，新型碳捕集技術正迅速發展，包括但不限于電化學捕集、固態吸附、催化解吸、界面捕集，以及利用微生物或藻類進行二氧化碳固定等方法。DAC（空氣二氧化碳直接捕集）技術主要依賴吸附法和吸收法，通過高效的材料和化學反應，從大氣中直接捕集二氧化碳并將其存儲或轉化為有用資源，目前，美國、挪威、冰島、肯尼亞和阿聯酋等國已開始大規模部署和示范。多種捕集技術各具優勢，但仍面臨高能耗和高成本挑戰，需要通過持續的研發優化以實現大規模應用。

 

全球范圍內碳捕集技術研發受到廣泛重視，專利申請數量龐大并增長迅速。自2005年開始，碳捕集技術專利數量呈快速增長趨勢，年均增速達18.7%。截至目前，全球范圍內與碳捕集技術直接關聯的專利有40383項，其中近10年公開的專利數量達32685項。中國、美國和世界知識產權組織的CCUS專利數量位居世界前三，專利總數分別為31210項、4203項、3755項，合計占全球總量的71.1%。我國碳捕集專利申請總量自2013年起超越美國，現穩居全球首位。

 

國內外二氧化碳捕集項目發展各具特色。我國已投運項目多數采用化學吸收法。美國碳捕集項目采用技術更多元化，重點集中在天然氣處理（6個）、生物質能源（5個）和直接空氣捕集（2個）等多個新型碳捕集技術領域。歐盟則著力推動二氧化碳捕集產業的規?；蜕虡I化，尤其在天然氣處理和直接空氣捕集領域。我國在直接空氣捕集等新興技術研發上起步較晚，整體水平尚待提升。

 

我國碳捕集技術成本優勢顯著，在“并跑”與“跟跑”中尋求突破

 

我國已發展形成適配多種濃度不同規模排放源的碳捕集技術。截至2024年11月底，我國已投運和規劃建設中的CCUS示范項目超120個，二氧化碳捕集能力達600萬噸/年。低成本、低能耗的新一代碳捕集技術呈現快速發展態勢，正由中試逐步向工業示范過渡。同時，碳捕集項目應用場景明顯增多，涉及煤炭、石油、天然氣、新能源等能源生產領域，以及電力、化工、鋼鐵、水泥、建筑、交通等多個應用場景，已呈現規?；l展趨勢。

 

我國碳捕集技術成本整體處于全球中等偏低水平，具有一定的發展優勢。從已投運項目的碳捕集成本來看，我國煤化工和石油化工領域的一體化驅油示范項目捕集成本相對較低，為105~250元/噸二氧化碳。電力、水泥捕集成本較高，分別為200~600元/噸二氧化碳和305~730元/噸二氧化碳，但整體低于國外的350~977元/噸二氧化碳和686~1280元/噸二氧化碳。

 

我國碳捕集技術與國際水平呈現“并跑”與“跟跑”并存的狀態。具體而言，我國的化學吸收法已在能耗和成本控制方面取得了顯著突破，與國際水平齊平，但在第三代技術領域仍面臨挑戰。目前，第三代技術多處于工業化探索階段。以相變溶劑技術為例，其在部分示范項目中實現了較低能耗（目標2.2吉焦/噸二氧化碳），但距離商業化規模應用仍需技術和工藝的進一步突破。此外，直接空氣捕集、低溫精餾和膜分離技術在國內的應用大多停留在中試階段，與國際成熟項目相比尚有差距。要在前沿領域實現超越，我國亟須加大技術創新力度，深化關鍵技術研發，同時推動新技術的規?；炞C和推廣，以進一步提升國際競爭力。

 

我國碳捕集技術面臨規?；⑦m用性、代際權衡等多重挑戰

 

盡管我國在碳捕集技術領域取得了顯著進展，但仍面臨多重挑戰。

 

發達國家高度重視碳捕集專利的全球布局，我國在專利申請全球化方面尚顯不足。我國機構幾乎僅限在本國申請專利，在國外專利布局較少，這或將對我國未來二氧化碳捕集專利的海外技術轉移構成嚴重制約。而發達國家則在全球積極申請二氧化碳捕集專利，以占領全球CCUS技術市場，構建圍繞核心技術群的全球保護戰略。

 

CCUS項目總體進展仍然緩慢，規模效應不顯著，碳捕集技術仍處于成本曲線的高點。碳捕集技術的部署仍面臨高昂的初期資本投入挑戰，已成為發展工業點源捕集和直接空氣捕集最具挑戰的技術難題。高成本主要來自設備購置、運營維護及能源消耗，加之部分技術的成熟度不足，尤其對于低濃度排放源（熱電廠、水泥行業），碳捕集的總成本大大高于其他行業。此外，碳捕集技術的成本發展趨勢還存在很大的不確定性，關鍵影響因素包含技術進步速度、項目投融資成本、市場和基礎設施完善程度、政策環境等。反過來，高成本與高不確定性又將進一步影響碳源企業部署碳捕集技術的積極性，從而制約CCUS的大規模發展。

 

碳排放源復雜性導致碳捕集技術面臨適用性挑戰。我國可部署二氧化碳捕集技術的碳排放源空間分布廣且類型復雜，涵蓋煤電、鋼鐵、水泥、化工等多個行業。各行業碳排放濃度和捕集需求差異顯著，各項技術在成熟度、適用場景和成本效益方面各具特點，導致碳捕集技術在與碳匯的空間匹配性、成本效益性及材料環境友好性等方面面臨嚴峻挑戰。特別是在碳中和深度減排的背景下，CCUS未來將趨向大規模集群化發展。當多個不同類型碳排放企業共同參與同一集群建設時，技術集成、成本分攤、利益分配、技術標準及制度設計等方面也將面臨復雜挑戰。

 

碳捕集技術尚未完全滿足大規模、長期穩定運行的需求。目前多數技術仍處于中試或工業示范階段。例如，膜分離技術盡管具有較好的前景，但在性能方面仍需改進，尤其是在處理大規模排放時的效率和穩定性。此外，碳捕集過程中，常常伴隨其他污染物，如無機氨、氣溶膠等的排放，但目前缺乏成熟的協同處理技術，因此限制了捕集系統的整體效率和環境友好性。盡管許多碳捕集技術已經在實驗或示范階段取得了進展，但其長期運行的系統穩定性、材料耐久性等關鍵指標的安全性和可靠性數據仍然不足，實際部署風險難以準確評估，從而影響了大規模應用的推進速度。

 

我國碳捕集技術的部署面臨著代際權衡挑戰。我國碳捕集技術部署涉及對上千個工業排放點源的改造，規劃決策直至2060年。其優化決策是一個面向長周期的復雜系統工程，需綜合考慮我國不同發展階段的碳減排需求、工業點源特性、基礎設施服役壽命、技術鎖定效應等因素。隨著碳捕集技術未來將從第一代逐步向第N代不斷演進，其成本、效率、適用性和可持續性等指標可能發生躍遷式變化，因此，必須從長期視角出發，立足多技術主體立場，審慎權衡技術的代際選擇，規避技術鎖定風險，尋找一條長期成本最優的碳捕集技術部署路徑。

 

碳捕集下游領域亟須突破低成本大規模二氧化碳高附加值轉化技術。將二氧化碳轉化為高附加值化學品和液體燃料，既能創造經濟效益，又能實現環境效益，近年來已成為技術研發的熱點。但由于二氧化碳的化學性質和反應路徑復雜，轉化利用依然面臨挑戰。突破高溫高壓環境的瓶頸并尋找合適的催化劑，是實現二氧化碳高效資源化利用的核心所在。為此，需優化二氧化碳轉化利用路徑的組合，合理分配各技術路徑的比例，同步探究光、電、熱多場耦合技術的發展，以及開發有機酸、醇、酯等高附加值化學品的定向轉化新途徑，這些對于拓寬二氧化碳的應用領域、提升其上游捕集環節的經濟價值具有重要意義。

 

我國碳捕集技術仍缺乏持續有效的專項資金激勵政策。盡管已有政策引導，如國家發展改革委于2024年4月發布的《節能降碳中央預算內投資專項管理辦法》中提到，CCUS項目補貼占比可達20%，然而，對于碳捕集技術的實質性補貼、針對性稅收優惠等經濟性激勵措施，在力度和覆蓋范圍上仍然有限。特別是在技術研發和示范項目初期，政策資金扶持力度不大，導致技術進步緩慢，缺乏推動大規模應用的內生動力。

 

碳捕集相關標準與評估方法學體系不完善。盡管我國已開始制定碳捕集技術相關標準，但現有政策文件在提供碳捕集項目具體指導方面存在不足。目前，針對碳捕集技術全過程的統一標準尚不完善，多數標準仍處于起草、征求意見或審批階段，而且地方標準和行業標準存在不統一，可能導致技術執行和評估標準在不同地區和項目間存在差異。此外，碳捕集項目的減排核算方法尚未形成統一的評估體系，缺乏對不同捕集技術效率的定量評估標準，存在碳減排量核算不準確、減排效益評估方法不一致等問題，進而可能導致碳減排量的雙重計算或漏算。針對碳捕集技術的直接立法依然缺乏，現行環境法律體系尚未明確將溫室氣體納入污染物范疇，進一步限制了碳捕集技術的推廣和應用。

 

我國碳捕集項目尚未全面融入市場化機制。碳捕集技術與碳市場的銜接機制尚不明確，缺乏有效的碳定價和排放權交易體系支撐，從而限制了技術的經濟激勵效應。在市場上，碳捕集產品的應用仍然有限，碳捕集技術的加裝與運行可能導致原產品成本上升10%~90%，致使二氧化碳轉化的下游產品難以顯現成本優勢。

 

全面提升我國碳捕集技術水平與核心競爭力的對策建議

 

碳捕集環節是決定CCUS項目投資和部署的關鍵。“十五五”期間，亟須加快統籌相關基礎研究、技術開發、裝備研制、集成示范和產業培育，全面提升我國碳捕集技術水平與核心競爭力。

 

加強碳捕集技術創新體系的總體布局。政府應從頂層制定CCUS技術發展專項戰略，形成與碳中和目標相結合的長期碳捕集技術路線圖，明確各行業、各階段的碳捕集技術需求，統籌技術創新與產業轉型。同時，盡快啟動碳捕集科技創新戰略，設立專項資金支持關鍵技術研發，建立碳捕集技術產業聯盟，促進產學研深度融合，突破碳捕集產業鏈關鍵環節的技術瓶頸，推動技術的規?；瘧谩?/div> 【版權聲明】本網為公益類網站，本網站刊載的所有內容，均已署名來源和作者，僅供訪問者個人學習、研究或欣賞之用，如有侵權請權利人予以告知，本站將立即做刪除處理（QQ：51999076）。