CCUS市场：探秘从碳捕捉到地质封印”CCUS全生命周期的科学解密！

作为CO2的主要排放国，我国目前在大力发展新能源，以减少能源行业CO2的排放。由于 CCUS 项目的投资巨大、运营周期长、涉及的技术环节多等特点，全流程、大规模的 CCUS 项目仍处于从项目示范阶段到商业化阶段的探索过程中。过去与 CCUS 相关的经济性分析多集中在 CCS技术的单一模块，如碳捕集、运输或封存。然而CCUS项目的经济性与各模块间的相互关联，使得单一模块的经济评价，难于达到整体评价CCUS项目的要求。因此开展CCUS全生命周期的经济分析，全系统、全流程分析CCUS项目的技术经济可行性对CCUS项目的大规模、商业化推广应用具有重要意义。

全生命周期指的是 一个人或事物从开始到结束的整个过程 。在不同的领域和行业中，全生命周期的具体含义可能有所不同，但其核心概念是相似的。

CCUS全生命周期介绍

CCUS定义与全生命周期概念

CCUS (Carbon Dioxide Capture， Utilization and Storage) 即二氧化碳捕集、利用与封存，是一种通过将二氧化碳从大气、工业或能源相关的排放源中分离出来，进行利用或封存，以实现二氧化碳减排或消除的工业过程。CCUS的定义包含了CCS(二氧化碳捕集与封存)的内容。CCUS项目的生命周期涵盖了从概念设计到项目完成后的所有阶段，通常包括概念研究、预可行性研究、可行性研究、工程设计、工程建设、运行维护、关闭及关闭后阶段。

CCUS全生命周期各阶段详情

前期研究阶段

概念研究：提出CCUS项目的初步设想，探讨其基本原理、可能的应用场景和潜在效益。

预可行性研究：评估项目的技术可行性、初步经济成本和潜在风险，判断是否值得进一步研究。

可行性研究：进行全面分析，确定项目在技术、经济、环境等方面的可行性。

设计与建设阶段

工程设计：根据可行性研究结果，进行系统设计，涉及工程设计、环境影响评估、项目融资和法规遵循等。

工程建设：包括基础设施建设、设备采购与安装，若涉及CCS系统还需进行系统调试。

运行与维护阶段

操作与监控：培训操作人员，确保系统正常运行并实时监控系统状态。故障处理：制定故障处理流程，快速响应并解决问题。

性能优化：定期评估系统性能，并根据需要进行优化。

关闭与后处理阶段

关闭：在CCS系统使用寿命接近结束时，进行全面评估，制定退役计划。关闭后阶段：确保场地符合关闭标准，进行数据迁移与管理，确保数据安全和可用性。

CCUS全生命周期的意义和挑战

环境效益：减少二氧化碳排放，有助于减缓气候变化。

能源与经济发展：提高资源利用效率，带动相关产业发展，创造就业机会。

技术挑战：需要研发更高效率的二氧化碳捕捉技术和更安全的封存技术。

经济挑战：高昂的前期投资和运行成本限制了其推广应用。

风险挑战：全生命周期各阶段存在一定风险，如设计缺陷、地质灾害等。

全生命周期低成本CCUS技术

捕集环节

高浓度源捕集优势：碳排放源的二氧化碳浓度决定了捕集化学方法，随着二氧化碳浓度升高，捕集成本随之降低。高浓度点源在当前激励政策下已具备经济可持续性，利用这一特点，可优先对高浓度排放源进行二氧化碳捕集，降低捕集成本。

新型碳捕集材料与技术：研发新型碳捕集材料与新型低能耗低成本碳捕集技术，能够在捕集阶段就降低能源消耗和材料成本，实现低成本的二氧化碳捕集

生产阶段优化：根据碳排放源的不同，在生产过程的不同阶段捕集二氧化碳。例如发电厂可通过燃烧前、燃烧后与富氧燃烧的方式捕集。燃烧前捕集促进清洁燃烧并使二氧化碳便于压缩运输；燃烧后捕集用液体溶剂分离二氧化碳；富氧燃烧使废气中二氧化碳浓度高，便于分离，通过优化这些生产阶段的捕集方式来降低成本。

运输环节

规模经济与管道运输：管道是当前大量运输二氧化碳最主要的选择，在一定运输距离（650公里）内，管道运输具有成本优势。一旦形成规模经济效应，可降低单个参与项目的门槛与成本。

多种运输方式结合：船舶运输是长距离运输的新兴替代选择，铁路与卡车可用于少量运输及配送二氧化碳到终端市场。根据不同的运输需求和场景，合理选择运输方式并将它们结合起来，以降低整体运输成本1。

利用环节

EOR技术的经济价值：提高石油采收率（EOR）具有经济价值，被认为是短期内更可行的方案。虽然油价下行压力可能影响相关需求，但在一定时期内仍可通过EOR技术实现二氧化碳的利用并产生经济效益，从而降低CCUS技术的整体成本。

化学利用技术潜力：化学利用技术包括在化工生产过程中使用二氧化碳，如有机碳酸盐、煤化工等，对二氧化碳终态浓度的要求较低（约40%），因而成本更低，有进一步研发的潜力，通过发展化学利用技术可以提高二氧化碳的利用率并降低成本。

封存环节

合适封存地点选择：封存技术成本高昂且无经济价值，需要合适的地质条件。枯竭油田封存、枯竭气田封存和陆上咸水层封存是潜力相对较高的选项。枯竭油田和枯竭气田封存实施额外成本较少，是较成熟的技术流程，在运用EOR技术充分捕获采收潜力后，EOR现场最终往往留作直接封存，且油气公司为相关地块和设施的所有者，易于施行管理，选择合适的封存地点可降低封存成本。

监测核查技术优化：优化地质封存监测核查技术，确保封存过程的安全性和有效性，避免因封存不当导致的额外成本和环境风险。

CCUS全生命周期现状与展望

现状概述我国CCUS技术正在快速发展，项目数量和规模不断扩大。截至今年7月，规划和运行中的CCUS项目数量近100个，是去年同期的2倍。

技术进步：研发更高效率的二氧化碳捕捉技术和更安全的封存技术。

集成应用：与其他清洁能源技术集成，提高能源系统整体效率。

政策支持：预计将有更多政策和资金支持CCS技术的研发和应用。

未来展望：CCUS技术有望在2030年后在化石能源与可再生能源协同互补的多元供能体系中发挥重要作用，年利用封存能力将达到每年2000万吨二氧化碳，到2050年将达到每年8亿吨二氧化碳。

技术挑战与未来趋势

成本与规模化难题

当前中国CCUS项目平均捕集成本约300-500元/吨，封存成本占全链条的30%-50%。2024年中国已投运67个CCUS项目，年捕集量达700万吨，但距离“10亿吨级”碳中和需求仍有差距。

创新方向

直接空气捕集（DAC）：从大气中捕获低浓度二氧化碳，技术成熟度低但潜力巨大。

生物质能耦合CCUS（BECCS）：通过植物光合作用实现负碳排放。

CCUS技术在减少温室气体排放、促进能源行业转型方面具有重要意义。尽管目前面临经济性挑战，但随着技术进步和政策支持，其未来发展前景广阔。CCUS全生命周期中可能面临的各种风险，如技术风险、经济风险、环境风险等，全生命周期低成本CCUS技术的研发和应用将推动CCUS技术的大规模商业化推广，为实现碳中和目标提供重要支持。

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