实现碳中和目标的CCUS产业发展展望

能源经济预测与展望研究报告 FORECASTINGANDPROSPECTSRESEARCHREPORTCEEP-BIT-2024-004（总第76期） 实现碳中和目标的CCUS产业发展展望 2024年1月7日 北京理工大学能源与环境政策研究中心 http://ceep.bit.edu.cn 能源经济预测与展望研究报告发布会 主办单位：北京理工大学能源与环境政策研究中心碳中和系统工程北京实验室 能源经济与环境管理北京市重点实验室协办单位：北京理工大学管理与经济学院 碳中和系统与工程管理国际合作联合实验室北京经济社会可持续发展研究基地 中国“双法”研究会能源经济与管理研究分会中国能源研究会能源经济专业委员会 《煤炭经济研究》编辑部 中国煤炭学会碳减排工程管理专业委员会 特别声明 本报告是由北京理工大学能源与环境政策研究中心研究团队完成的系列研究报告之一。如果需要转载，须事先征得中心同意并注明“转载自北京理工大学能源与环境政策研究中心系列研究报告”字样。 实现碳中和目标的CCUS产业发展展望 执笔人：魏一鸣、康佳宁、刘兰翠、张云龙、彭凇作者单位：北京理工大学能源与环境政策研究中心联系人：康佳宁 研究资助：国家自然科学基金项目（72293605，72104025） 北京理工大学能源与环境政策研究中心北京市海淀区中关村南大街5号 邮编：100081 电话：010-68918551传真：010-68918651 E-mail:kangjianing@bit.edu.cn 网址：http://ceep.bit.edu.cn CenterforEnergyandEnvironmentalPolicyResearchBeijingInstituteofTechnology 5ZhongguancunSouthStreet,HaidianDistrict,Beijing100081,ChinaTel:86-10-68918551 Fax:86-10-68918651 E-mail:kangjianing@bit.edu.cnWebsite:http://ceep.bit.edu.cn 实现碳中和目标的CCUS产业发展展望 随着全球应对气候变化进程的不断加深和我国碳中和目标的提出，碳捕集利用与封存（CCUS）技术在实现各国二氧化碳减排目标、保障能源安全中的重要作用越来越凸显。作为首次对全球气候行动进行全方位回顾的联合国气候变化大会，COP28协议呼吁在2050年前逐步减少“未采用碳捕集措施的煤电设施”，进一步强调了CCUS技术在煤炭减排和降低全球排放方面将发挥不可或缺的作用。我国碳中和目标的实现对CCUS技术需求巨大，加快构建CCUS产业链对处理好低碳转型的新旧产业衔接，统筹高质量发展与大规模减排具有重要的引领和支撑作用。然而，我国CCUS产业体系尚未形成，亟需加强与碳中和目标相匹配的CCUS产业总体布局。基于此，本报告着重分析了碳中和目标下我国CCUS产业发展意义与现状、未来挑战和新兴需求，并提出相应的发展建议。 一、CCUS产业化发展意义与趋势 近年来，CCUS技术发展迅速、项目批量上线、创新能力持续提升，其技术内涵和外延不断丰富与拓展，已经形成以传统CCUS技术为主，BECCS和DACCS技术为辅的完整技术体系。随着CCUS项目在多个行业增速推广，全球CCUS产业化发展态势明显。然而，我国CCUS技术发展还面临着技术成熟度不高、成本竞争力较低和工程示范水平不足的问题，无法满足碳中和目标下大规模二氧化碳减排的任务要求。现阶段，我国CCUS产业整体上正处于规模化、高质量发展 的战略机遇期，既具有现实基础，也具有长期效益，亟需抓住时机，加强CCUS产业链整体布局，全面赋能碳中和时代高质量发展。 （一）CCUS产业化在实现碳中和目标过程中将发挥关键作用 在支撑高质量发展、应对气候变化与保障能源安全的多重目标下，CCUS技术是基于我国特定国情和资源禀赋实现碳中和的必然选择。CCUS技术与传统的煤电、煤化工等煤基能源产业具有巨大的耦合潜力和应用空间，同时也是实现钢铁、水泥等难减排行业深度脱碳的必不可少的技术选择。据北理工能源与环境政策研究中心预测，在碳中和目标约束下，即使大力发展以风能、光伏为代表的先进低碳技术和能效提高技术，2030年到2060年间仍将有累计约239-335亿吨的CO2排放需要通过CCUS技术实现减排。 CCUS产业化是实现以CCUS为基础的低碳-零碳-负碳技术体系规模化应用的基础。在传统减缓气候变化的努力之外，以CCUS为基础的碳移除技术对于实现既定减排目标至关重要。研究表明，到2060年，我国仍存在部分无法通过传统减排手段削减的温室气体，需要通过植树造林、BECCS和DACCS等碳移除技术加以抵消，以使大气中的二氧化碳浓度降低到更安全的范围内，甚至实现负碳排放。 CCUS产业化对提升技术成熟度、加快技术学习率具有重要意义。从已投运示范项目捕集成本来看，我国各行业CCUS技术的示范成本仍然偏高，煤化工和石油化工领域的捕集成本为250~400元/吨二氧化碳，电力、水泥行业的捕集成本则高达200~600元/吨二氧化碳和305~730元/吨二氧化碳。CCUS产业化的发展不仅会带来规模效应， 而且还促进了产业内外的知识共享，对于加速全流程项目成本降低所需的学习率至关重要。 加强CCUS产业体系建设对统筹我国低碳转型的新旧产业衔接、增强创新升级动力等方面具有重要的引领和支撑作用。CCUS技术体系复杂，涉及数十条技术路径和几十种工艺组合，产业价值链长、关联性强、带动力大。CCUS产业体系建设将带来建筑设施、施工设备、关键原材料等需求的增长，为传统行业注入增长活力，推动包括专用设备制造业在内的传统产业转型升级。同时，CCUS产业化也有望带动超过千亿规模的新兴产业大规模发展，有助于培育二氧化碳泄露监测、封存量核证、地质封存保险等新业态，以及碳管理服务业、核证减排交易市场、绿色投融资、数智化综合服务系统等新市场。 CCUS技术产业化可以促进低碳经济高质量增长，有助于实现公正转型。CCUS产业化可以刺激各关联行业的绿色投资[1],预计到2060年,CCUS技术部署可以为化石能源发电、钢铁、化工和生物质生产等行业创造累计4000~6000亿美元的产业增加值。在协同减少CO2和污染物的同时,能够降低能源低碳转型中占全球GDP的1.25%~1.49%规模的化石能源资产搁浅[1]。此外，可以通过创造适应绿色未来的新兴行业,缓解我国低碳转型可能伴随的大量失业,预计累积提供至少300余万新增工作岗位[1]。 （二）CCUS产业化发展受到全球高度重视 全球各国，尤其是欧美国家，高度重视CCUS产业化发展和技术创新研发投入。美国提出在未来25年内将CCUS技术的产业化部署规 模提升至约5亿吨CO2/年。欧盟净零排放目标需要CCUS技术在2050年贡献2.8~6.1亿吨CO2/年的减排量。为此，欧盟创立了总额为100亿欧元的欧洲创新基金，法国将CCUS技术纳入了可再生能源示范和技术平台、低碳能源和绿色化学（13.5亿欧元），以及低碳能源卓越中心（10亿欧元）的资助范畴，荷兰设立CATO项目支持CCUS产业长远发展[2]。英国政府也宣布将投资10亿英镑的资金用于支持建立4个CCUS产业集群。日本提出的《2050年碳中和绿色发展战略》则将碳循环产业发展视为其重点战略之一。我国也将CCUS技术列入《产业结构调整指导目录（2024年本）》的鼓励类产业。 全球CCUS技术商业化部署速度正在加快。2000年前，全球在运营商业化项目仅有5项；2010-2020年，项目进一步增至约60项，是过去十年的1.7倍[3]。截至2023年7月，全球各阶段商业项目之和达 392个，年总捕集规模达到3.61亿吨，新增项目198个，与去年同期相比增长了102%[4]，项目集群化趋势明显。此外，CCUS技术与传统高碳排放行业（火电、煤化工、钢铁、水泥等）和新能源领域（可再生能源、氢能等）的耦合集成正不断加深。根据《全球碳捕集与封存现状2021》测算[3]，到2050年，全球仅碳捕集装机的投资就能超过上万亿美元。 （三）我国CCUS产业发展正处于起步阶段 我国大部分CCUS技术进入工业示范阶段，初步具备产业化能力。近年来，我国CCUS技术发展取得积极进展。截至2022年9月，我国现有处于各阶段的CCUS项目达99项，捕集能力超过400万吨/年[5]。其中， 2023年6月，我国最大的燃煤电厂（泰州电厂）CCUS项目正式投运，规模达50万吨。2022年1月，中国石油化工集团有限公司齐鲁石化-胜利油田百万吨级CCUS项目建成，该项目自齐鲁石化捕集CO2，并将其运输至胜利油田进行驱油和封存，预计未来15年，可累计注入二氧化碳1068万吨。2023年6月，我国首个海上CO2封存示范工程正式投用，该项目将在南海珠江口盆地海底储层中永久封存二氧化碳超150万吨。这些项目的运营与启动，意味着我国CCUS项目正由陆上小规模示范向海陆大规模示范发展，已初步具备向大规模产业集群建设能力。《中国二氧化碳捕集利用与封存（CCUS）年度报告（2021）》预计，中国在2050年CCUS产业的产值将达到3300亿元人民币[6]。 二、我国CCUS产业化发展需求与挑战 多项研究表明，为实现我国碳中和目标，CCUS技术在2050年的捕集规模需达6-15亿吨，主要集中在电力、钢铁、水泥、煤化工等高碳行业。然而，目前我国CCUS技术示范规模相比碳中和技术需求之间仍存在很大差距，CCUS产业化发展进程面临着迫切需求和复杂挑战。 经梳理，我们发现CCUS技术全链条产业体系建设将涉及到制造业、采矿业、金融业等7个产业门类、25个大类、46个中类和64个小类的国民经济行业的产品、设备、材料以及服务等多方面的投入（如图1所示），这对当前CCUS技术的产业化发展提出了新的要求。 图1CCUS产业链及其关联行业 6 （一）技术创新与专用设备需求与挑战 我国CCUS产业化技术起步相对滞后，亟需加速核心技术研发能力建设，以尽早实现关键技术知识产权的国有化。同时，推动大规格、高性能设备制造的国产化。CCUS产业化发展不仅涉及常规工程项目所需的通用设备，如项目建设所需的辅助设备、工具、电气与仪表等，更需要加强对各环节专用设备的研发与应用，从而为整个产业链的完善提供关键支持，显著提升我国CCUS产业在国际舞台上的竞争力。 (1)二氧化碳捕集环节 我国二氧化碳捕集技术总体上已在大部分领域（特别是对小型项目而言）实现了国产化，但国产化技术性能水平和大规格生产能力仍有待提高。除常规设备外，捕集环节涉及到的专用设备还包括模块化CO2捕集设备、压缩机、二氧化碳相关参数监测传感系统、二氧化碳储罐，以及碳捕集系统集成与控制系统等。其中，部分关键设备，如空分装置（气体压缩机）、循环流化床、膜法碳捕集设备、系统监测与控制、二氧化碳压缩机等，在很大程度上仍较依赖进口。未来，亟需重点突破高效低能的二氧化碳捕集和压缩技术、空分设备精细化设计和加工技术等。 (2)二氧化碳输送环节 我国CO2运输技术总体上具备生产制造能力，但大流量运输的优化设计与高端制造技术仍有待加强。在管道运输领域，CO2气相输送对压缩机等主要部件的强度和密封性提出了更高的要求，我国相关核心部件的设计和加工精度与国外相比仍存在差距。此外，输送含杂质 的CO2相较于输送纯CO2更为复杂，这对整个CO2流的相态变化、管道输送工艺、管道输送能力、管道的裂纹扩展及管道的腐蚀与保护等技术指标提出了更高的要求。需要加强大流量长距离的管输网络规划及工艺设计技术、流动保障技术、安全控制技术、专用监测传感系统以及随管检测技术的创新研发。对于船舶运输，应重点关注大容量液态CO2运输技术研发及其关联产业需求。 (3)CO2化学、生物及矿化利用环节 从技术成熟度来看，不同CO2化学、生物及矿化利用技术差异较大。我国CO2化学和生物利用技术与国际发展水平基本同步，整