CCUS(应对全球气候变化的技术之一)

CCUS（Carbon Capture，Utilization and Storage），是指二氧化碳的捕集、利用与封存，简单讲就是将煤电及化工产业等排放源产生的二氧化碳收集起来，用各种方法储存以避免其排放到大气中，并且加以合理利用的一种技术，以实现二氧化碳减排的工业过程，是公认的实现化石能源低碳化利用的最有效手段之一。

CCUS是国际“碳达峰、碳中和”目标实施过程中兴起的新技术，捕捉的二氧化碳可以应用于很多领域，如注入油藏中进行驱油，提高油田采收率，进而生产更多原油；化工利用，制造尿素、二氧化硅、碳酸钡等无机化合物化工产品以及水杨酸、甲醇、乙醇等有机化工产品。但目前CCUS技术目前还面临成本高、商用化盈利困难等问题。

基本介绍

CCUS（CarbonCapture，UtilizationandStorage）碳捕获、利用与封存

CCUS技术是CCS（CarbonCaptureandStorage，碳捕获与封存）技术新的发展趋势，即把生产过程中排放的二氧化碳进行提纯，继而投入到新的生产过程中，可以循环再利用，而不是简单地封存。与CCS相比，可以将二氧化碳资源化，能产生经济效益，更具有现实操作性。

科技部21世纪议程管理中心副主任彭斯震2010年7月22日在《CCS在中国：现状、挑战和机遇》报告发布会上表示，中国的首要任务是保障发展，CCS技术建立在高能耗和高成本的基础上，该技术在中国的大范围推广与应用是不可取的，中国当前应当更加重视拓展二氧化碳资源性利用技术的研发。他强调：“今后会有越来越多的人用CCUS(碳捕集再利用与封存)代替CCS(碳捕集与封存)。对中国来说，也更青睐CCUS。”第三届中国（太原市）国际能源产业博览会上，CCUS（碳捕获、利用与封存）成为热门话题。中国工程院院士、清华大学教授倪维斗在博览会上说“中国CCUS目前有很大潜力，应尽快启动”。

二氧化碳的资源化利用技术有合成高纯一氧化碳、烟丝膨化、化肥生产、超临界二氧化碳萃取、饮料添加剂、食品保鲜和储存、焊接保护气、灭火器、粉煤输送、合成可降解塑料、改善盐碱水质、培养海藻、油田驱油等。其中合成可降解塑料和油田驱油技术产业化应用前景广阔。胜利油田电厂已启动CCUS的示范项目。

二氧化碳降解塑料

二氧化碳降解塑料属完全生物降解塑料类，可在自然环境中完全降解，可用于一次性包装材料、餐具、保鲜材料、一次性医用材料、地膜等方面。二氧化碳降解塑料作为环保产品和高科技产品，正成为当今世界瞩目的研究开发热点。利用此技术生产的降解塑料，不仅将工业废气二氧化碳制成了对环境友好的可降解塑料，而且避免了传统塑料产品对环境的二次污染。它的发展，不但扩大了塑料的功能，而且在一定程度上对日益枯竭的石油资源是一个补充。因此，二氧化碳降解塑料的生产和应用，无论从环境保护，或是从资源再生利用角度看，都具有重要的意义。

研究现状

美国是应用二氧化碳驱油研究试验最早、最广泛的国家。从1970年开始，美国就在得克萨斯州把二氧化碳注入油田作为提高石油采收率(EOR)的一种技术手段，至2006年已有70多个类似的项目，每年注入二氧化碳总量达2000万～3000万吨，其中大约有300万吨二氧化碳来源于煤气化厂和化肥厂的尾气，大部分从天然的二氧化碳气藏采集。至今还在使用。CO2-EOR混相驱油提高采收率范围在4%～12%之间，纯净CO2注入储层，占储层中流体体积的10%～45%。与CO2-EOR混相驱油项目相比，CO2-EOR非混相驱油项目较少。非混相驱油需要380m3CO2驱替1桶原油(760kg/b)。可最大提高采收率20%。

中国的大庆油田和江苏油田都曾开展过驱油相关研究。1984年，大庆油田在萨南东部过渡带进行二氧化碳驱油的矿场试验研究，该项目首先与国外公司合作，1993年6月结束，1994年大庆继续开展试验，直到1995年底结束。驱油试验当时可能主要考虑到增加石油产量，缺少对二氧化碳在地下运移、富集的监测研究。

2006年，在中国石油集团领导的支持下，中国石油勘探开发研究院和吉林油田发起组织，联合中科院地质与地球物理所、华中科技大学、北京大学、清华大学和中国石油大学等单位，向科技部申请了《温室气体的资源化利用和地下埋存》国家973基础研究项目，并得到了批准。项目组立足于中国陆相油藏储层特点和原油性质，发展完善了二氧化碳混相驱油、埋存评价等关键理论与方法，以减排利用火山石天然气藏开发过程中副产的二氧化碳为目标，初步形成二氧化碳驱油与埋存的配套技术，并在吉林大情字井现场试验中得到成功应用，奠定了中国利用二氧化碳驱油实现温室气体减排和资源化利用的产业模式基础。

美国、日本、德国和中国等国的企业在二氧化碳基聚合物领域进行了大量的研发工作。

美国

2010年8月上旬，美国Novomer公司获得美国能源部(DOE)1840万美元的资助，将加快该公司二氧化碳制塑料生产线实现商业化。Novomer公司的技术使用二氧化碳和环氧丙烷生产聚丙烯碳酸(PPC)没药树。PPC树脂可用于涂料、表面活性剂、软包装和硬包装以及纤维等，并且可实现生物降解。

Novomer公司已经在其合作伙伴伊士曼柯达公司(EastmanKodak)公司的生产装置中进行二氧化碳制塑料的小规模生产。据称，使用二氧化碳生产应用于涂料和胶粘剂的低分子量热固性多元醇可望于2011年实现商业化，高分子量热塑性聚合物可望于2012年实现商品化。

中国

中国企业在二氧化碳制塑料方面已经处于世界领先地位。江苏中科金龙化工股份公司早于2007年就形成了2.2万吨/年的二氧化碳树脂生产能力(一条2000吨/年和一条20000吨/年的生产线)，该项目采用中科院广州化学所技术。中科金龙已经开发了二氧化碳树脂在涂料、保温材料、薄膜等多个领域的应用。中科金龙公司计划在2015年前实现10万吨/年的二氧化碳树脂产能。

2022年1月29日，中国石化对外宣布，国内首个百万吨级CCUS（碳捕集、利用与封存）项目——中国石化齐鲁石油化工公司胜利油田CCUS项目全面建成。

2022年8月29日，中国石化宣布，齐鲁石化——胜利油田百万吨级CCUS（二氧化碳捕集、利用、封存）项目正式注气运行，标志着中国CCUS产业开始进入成熟的商业化运营。

2022年11月4日，中国石化与壳牌、中国宝武、巴斯夫在上海签署合作谅解备忘录，四方将开展合作研究，在华东地区共同启动中国首个开放式千万吨级CCUS（二氧化碳捕集、利用与封存）项目。

日本

日本研究人员日前开发出一种新技术，使二氧化碳能转变为用于合成塑料和药物的碳资源，从而变“害”为宝。二氧化碳的化学性质非常稳定，不容易与其他物质发生反应，因此在工业领域仅用于生产尿素和聚碳酸酯等。东京工业大学教授岩泽伸治等人发现，碳化合物经过处理后可以与二氧化碳结合，形成新的碳物质。相关论文已经刊登在新一期《美国化学学会会刊》上。

德国

拜耳材料科学公司和两家合作伙伴已获得德国政府的资助，将共同开发基于二氧化碳原料的聚氨酯生产方法。德国联邦教育研究部将在未来三年里为该项目投入450多万欧元，研究目的是采用二氧化碳废产物生产出聚醚多元醇聚碳酸酯(PPP)。

德国最大电力公司RWEPowerInternational公司和位于德国亚琛的亚琛工业大学也将参与由总部位于德国Leverkusen的拜耳材料科学发起的这一项目。此外，将在Leverkusen兴建一座采用上述新工艺的试验工厂。

该工艺中使用的二氧化碳将来自于RWEPower公司在德国Niederaussem的工厂，该厂的一座煤创新中心内设有一套二氧化碳洗涤装置。由此工艺生产出的PPP材料可用在建筑隔热和轻型汽车零部件中。

产业化遭遇的三大难题

作为化学方法固定二氧化碳的方向之一，二氧化碳制塑料对实现碳捕集、封存与利用具有重要意义。一方面，二氧化碳制塑料可以在很多领域替代传统塑料，从而减少了生产传统塑料过程中的碳排放；另一方面，生产一吨树脂消耗0.4-0.5吨左右的二氧化碳，也体现了二氧化碳资源化利用的经济价值。二氧化碳制塑料与强化采油(CO2-EOR)类似，在减少CO2排放的同时，可为企业带来收益。

业内人士表示，尽管中国在二氧化碳制塑料这一领域已经取得突破性进展，但由于种种原因，国内二氧化碳降解塑料产业进展迟缓，相关技术的利用，只有中海油等“高端玩家”才“玩得起”。

一是成本压力太大。中国开发成功的二氧化碳降解塑料技术主要有4种，在这4种技术中，实现了产业化的有3种。由于这些项目规模小，只能小批量生产，产量低、价格贵。此外，项目所需主要原料之一环氧丙烷和R-环氧氯丙烷价格也很高，再加上不菲的新产品推广费用，导致二氧化碳降解塑料的最终成本高达18000元/吨以上。在石油基塑料价格随石油价格走低的情况下，二氧化碳降解塑料企业的成本压力越来越大。

二是投资风险大。“就单位产品投资额而言，二氧化碳降解塑料项目的投资额比煤制油还高，一个1万吨/年二氧化碳降解塑料项目，往往需要1.4亿元以上的资金投入，单从经济效益考虑，项目的投资风险是很大的。”广州天成生物降解材料有限公司项目部经理陆斌说。中海石油化学公司和内蒙古自治区蒙西高新集团负责人也坦承，如果不计算节能减排和环保效益，二氧化碳降解塑料项目根本不赚钱甚至会赔钱。

三是需求小、销售难。据介绍，二氧化碳降解塑料的价格始终高于石油基塑料1.5~2倍。加之其热稳定性、阻隔性、加工性与石油基塑料存在一定差距，限制了其只能在食品包装、医疗卫生等有特殊要求的极少数领域使用，无法在需求巨大的薄膜、农地膜等领域推广应用。不仅如此，即便在有限的食品包装、医疗卫生领域，也面临聚乳酸、聚乙烯醇、聚丁二酸丁二醇酯等降解塑料的冲击与竞争，使得二氧化碳降解塑料的消费市场十分狭小，产品销售困难。

二氧化碳合成全降解塑料技术是世界关注的重要热点之一。市场上的塑料制品大多以石油为原料制成，成本高，且使用后不易降解，污染环境。运用该技术后，可将二氧化碳废气回收代替石油，直接生产全降解塑料制品。该技术一方面可以减少二氧化碳的排放，节约石油资源；另一方面合成的塑料可完全生物降解，能从根本上解决“白色污染”危害，是一种典型的循环经济技术模式。

二氧化碳驱油

二氧化碳驱油，是一种把二氧化碳注入油层中以提高油田采收率的技术。在二氧化碳与地层原油初次接触时并不能形成混相，但在合适的压力、温度和原油组分的条件下，二氧化碳可以形成混相前缘。超临界流体将从原油中萃取出较重的碳氢化合物，并不断使驱替前缘的气体浓缩。于是，二氧化碳和原油就变成混相的液体，形成单一液相，从而可以有效地将地层原油驱替到生产井。应用混相驱油提高石油采收率的一个关键性参数是气体与原油的最小混相压力（MMP），MMP是确定气驱最佳工作压力的基础。一般情况下，因为混相驱油比非混相驱油能采出更多的原油，所以希望在等于或略高于MMP下进行气驱。如果压力远高于MMP，就容易造成地层破裂，无法保障生产过程的安全性，其结果是不仅不能大幅度提高原油产量，还会降低经济效益。二氧化碳驱油一般可提高原油采收率7%~15%，延长油井生产寿命15~20年。

应用前景

二氧化碳驱油提高采收率和封存技术已经成为经济开发和环境保护上实现双赢的有效办法，实现温室气体的资源化利用并提高油气采收率前景可期。国内外大量的研究和现场应用已经证明，向油层中注入二氧化碳混相驱或非混相驱能够大幅度提高采收率。据2010年《油气杂志》报道，美国利用二氧化碳驱技术已经采出了大约15亿桶原油，根据美国能源部国家能源技术实验室（NETL）的评价结果，美国利用二氧化碳驱的增油潜力达340亿桶。

根据1998年《中国陆上已开发油田提高采收率第二次潜力评价及发展战略研究》的结果，仅在参与评价的79.9亿吨常规稀油油田储量中，适合二氧化碳驱的原油储量约为12.3亿吨。另外中国现已探明的63.2亿吨低渗透油藏储量，尚有50%左右未动用。开发这些储量，二氧化碳驱油比水驱油具有明显的优势。

此外，二氧化碳在提高稠油油藏采收率、提高煤层气和天然气采收率领域也具有很好的应用前景。“具体到中国，当前和今后一段时期，二氧化碳减排必须走高效利用之路，二氧化碳驱油提高采收率和埋存技术必定具有广泛的应用前景”。

CCUS的标准化

早在2010年秋，美国与加拿大的几十位专家便开始了地质储存二氧化碳国际标准化的“第一步”。

而后，加拿大标准协会（CSA）和二氧化碳国际性能评估中心组织具有CCUS项目全生命周期知识和经验的专家，制定了已被加拿大标准委员会认可的Z-741标准，从而成为国际标准化组织（ISO）TC-265：二氧化碳捕集、运输和地质存储委员会的种子文档。

2012年，ISO成立了TC-265技术委员会，由16个参与（或投票或“P”成员）国家、10个观察（不投票）国家和6个联络或不投票的非政府组织组成，加拿大主持工作，中国负责秘书处。该委员会的目的是开发和保护一套统一规则和标准的全球共识，恰当、可靠、有效地实施CCS项目。

2013年2月，委员会特意成立如下五个工作小组，确定了工作范围、秘书处或“召集人”。捕捉领域工作小组由日本领导，工作范围主要包括富氧燃烧后、富氧燃烧前和富氧燃烧捕获流程，工业处理、分离、净化、脱水、压缩和泵送、液化、安装、运营、维护，CO2流的质量、绩效评估（捕获率、能耗、排放、可靠性和安全性），监测、管理系统、电厂改造。交通工作小组由德国领导，将集中在现有的ISO/TC-67标准未覆盖的管道、船舶、公路、铁路及健康、安全与环境（HSE）方面具体的运输和监控。存储工作小组已分为加拿大主导在岸存储、日本主导离岸存储。工作范围集中在枯竭油气藏与盐碱含水层的存储、场地选择、风险评估、风险管理、井口建设、避免存储泄漏与补救及存储监控等。量化和验证工作小组由中国领导、法国支持，工作领域包括项目边界、工程渗漏、量化过程、CO2量化监测与报告、第三方验证及生命周期分析等。跨领域工作小组由法国主导、中国支持。工作范围包括专业术语、系统集成（全价值链）、全面风险管理、利益相关者的关系与咨询、公众参与、报告以及不同来源气体流的混合。