碳捕获和封存(CCS)和碳捕获、利用和封存(CCUS)的技术经济和部分环境分析——以榆林市为例.pdfVIP

碳捕和封存(CCS)和碳捕、利用和封

存(CCUS)的技术经济和部分环境分析—

—以榆林市为例

摘要：碳中和是目前工业发展的焦点。毫无疑问，所需要的不仅仅是减少技

术领域的二氧化碳排放量（一般是温室气体），还需要将大气中的二氧化碳人为

地转移到岩石圈、技术圈、水圈和生物圈的“陷阱”中。本文中的案例研究侧重

榆林市二氧化碳捕集与封存CCUS工程技术研究中心，该中心正在进行二氧化碳

捕集与封存CCUS工程技术研究，构建全市统一碳减排技术研究服务平台，并积

极将技术进行引进推广、应用示范区用，打造榆林市碳减排技术成果转移转化的

载体平台。本文从技术经济和环境角度，将CCS与CCU进行了比较。除其他外，

对比分析表明，混合方法——CCS和CCU的组合，即CCU/S——值得投资。作者

认为，环境意愿和鼓励、补贴和退税的支持对于激励对此类开创性技术的投资，

以及摆脱支付碳税或购买排放权的更容易的途径是必不可少的。

关键词：碳捕获和封存，碳捕获、利用和封存，碳中和，经济和环境

一、研究背景[1]

2015年，在巴黎举行的联合国气候大会上，达成了一项协议，其中成员国承

诺致力于实现共同目标，即将全球气温相对于前工业时代的上升幅度限制在2℃

（在最乐观的情况下，1.5℃）。虽然实现各国为自己制定的气候目标需要减少

技术领域的温室气体[1]，但这是必要的，但还不够。到2050年，工业化国家必

须将其温室气体排放量相对于1990年的水平减少85-95%。有或没有能量回收的

焚烧厂是CO2排放的主要点源。当释放速率远大于吸收速率时，CO2确实会再循

环回地球（生物圈和水圈），但大气中的浓度会随着时间的推移而上升。这将导

致全球气温上升。烟囱的CO2排放量与工厂产生的能量以及所用燃料混合物的排

放强度成正比[2]。因此，必须投资于CO2的捕获和储存，从而将温室气体永久

封存在地下地质汇中[3]，这是工业和火力发电厂可以采用的有效方法，以应对

当前的气候变化挑战[4]。根据Viebahn等人[5]的说法，这种方法可以在2050

年前将温室气体排放量减少50-85%。虽然CCS意味着只是“把二氧化碳压在地毯

下”，换句话说，在表面上看不到，但横向思维已经产生了一种新技术，名为碳

捕获利用和储存（CCUS），它保留了地面上的气体，并将其用于赋予具有商业价

值的产品所需的属性[6]，如将CO2引入炼钢厂的炉渣中所产生的建筑砌块。

碳捕获、利用和储存（CCUS）技术被认为是近年来缓解气候变化最有希望的方

法，它可以实现大规模减少温室气体排放和化石燃料的低碳再循环利用。基于气候

变化的战略考虑，中国的CCUS技术得到了国家发展和改革委员会（NDRC）、科技部

（MOST）、生态与环境部（MEE）的大力支持。陕西延长石油（集团）有限公司。

虽然CCS可能是一项经过考验的值得信赖的技术，但技术障碍和对存储相关

风险的认识、缺乏全心全意的社会认可以及需要一个令人信服和稳健的商业模式，

阻碍了其在世界各个地区的巩固。

二、碳捕获、利用和封存技术的发展

由于体积大，CO2捕获需要高效、选择性和成本效益高的技术，这些技术易

于使用，对环境影响小。尽管几十年来一直以百万吨/年的规模进行捕获，但仍

有改进的余地。事实上，生产中的大多数程序都是基于吸收到胺溶液中，胺溶液

可以在多种气体成分下工作，实现高水平的CO2去除，但存在一些与高成本、设

备腐蚀和胺轻微降解有关的缺点。最新的方法是基于物理吸收或化学吸附，使用

不同的底物，例如用胺、金属氧化物、碱金属和离子液体功能化的活性炭，具有

快速吸附和解吸动力学、低能耗（有效减少2MJ\/kgCO2），使用操作简单，再

生能耗低。基本上有三种技术可以将CO2从废气中分离出来：燃烧前、燃烧后和

氧燃料燃烧。推荐的分离技术可截留约85%至95%的二氧化碳，从而使每千瓦时

发电量的二氧化碳排放量下降80–90%。为了优化密度，将压缩过程压缩到液体

或超临界状态（液态CO2占收集的相应气体体积的五分之一），并且节约占CCS

过程成本的最大份额的运输花费。由于需要处理的压力相对较低，液相通常优于

超临界状态。如Mortensen等人[7]所述，在将压缩CO2气体注入含盐含水层的

阶段，记录的压力高于74bar。

此外，使用绿色技术制备的聚合物膜和陶瓷材料由于其较低的资本成本、较

低的能耗以及相对于其他竞争技术的操