产业报告|2023CCUS产业发展报告（二）CCUS发展现状与未来趋势

1、国际CCUS发展现状

CCUS项目建设加快，模式仍待成熟。目前全球25个国家均有部署CCUS项目，美国和欧盟在CCUS技术的部署上处于领先地位。2021年美国和欧盟新增CCUS项目约占全球2021年新增项目数量的四分之三，累计项目约占全球累计项目数量的63%。美国在利用CO2驱油的同时，已经封存CO2约10亿吨，形成了较为成熟的驱油技术和配套设施。主要原因在于美国、欧盟对于CCUS技术的政策支持力度较强。

根据全球碳捕集与封存研究院（GCCSI）的统计，2021年，世界上的CCUS项目超过400个，有65个商业CCS设施。正在运行中的CCS设施每年可捕集和永久封存约4000万吨CO2。在运行、在建和规划的项目中，年捕集量在40万吨以上的大规模综合性项目有43个，62%的捕集量集中在北美和欧洲地区，其次是澳大利亚和中国。

截至2022年9月，共有196个CCS项目在建设中（包括两个暂停的CCS项目）。处于不同发展阶段的商业CCS项目的总捕集规模达到了年2.4397亿吨，比上年增加44%。自《2021年全球CCS发展状况报告》发布以来的12个月内，值得关注并取得很大进展的CCS项目包括：英国的Drax电站宣布了世界上最大的生物能源与CCS（BECCS）项目，可实现每年减碳800万吨。全球首个垃圾焚烧CCS挪威Klemetsrud项目进入建设阶段。美国捕集技术企业Entropy的首个天然气发电二氧化碳捕集设施开始运行。空气化工宣布在路易斯安那州建设全球最大规模的蓝氢项目。ORCA全球首个直接空气捕集+地质封存商业设施在冰岛投入使用。在澳大利亚，Santos的Bayu-Undan天然气液化+海上地质封存CCS项目进入详细工程设计，该项目将利用现有天然气管道来输送二氧化碳。西方石油公司与DAC技术公司Carbon Engineering合作，将在美国建设一个50万吨/年的直接空气捕集项目，并具备扩大到100万吨/年的捕集能力。西方石油计划到2035年在全球建设70个这样的设施。

图7：2010年至2022年9月商业规模CCS设施计划（百万吨/年）

就碳捕集设施数量增长而言，美国继续保持全球领先，自2021年以来有34个新项目公布。过去一年其他领先的国家包括加拿大（19个新项目），英国（13个新项目）、挪威（八个新项目)、澳大利亚、荷兰和冰岛（各六个新项目）。

2、国内CCUS发展现状

目前，我国CCUS技术仍处于研发与示范阶段。中国CCUS技术项目遍布19个省份，捕集源的行业和封存利用的类型呈现多样化分布。中国已投运或建设中的CCUS示范项目约为40个，捕集能力300万吨/年，捕集源主要集中在石油、电力、煤化工、化肥和水泥生产等行业。其中13个涉及电厂和水泥厂的纯捕集示范项目总体CO2捕集规模达85.65万吨/年，11个CO2地质利用与封存项目规模达182.1万吨/年，其中EOR的CO2利用规模约为154万吨/年。目前CCUS技术项目多以石油、煤化工、电力行业小规模的捕集驱油示范为主，缺乏大规模的多种技术组合的全流程工业化示范。

我国试点示范项目的投资主要来源于重点国有企业，民营资本参与度较低。

中国主要国有能源公司正在主导项目开发。由中国石化开发的中国首个百万吨级规模CCUS一体化项目——齐鲁石化-胜利油田CCUS项目于2022年8月底全面投产。从齐鲁石化厂捕集的二氧化碳被输送到胜利油田以提高采收率。华能集团已开始在鄂尔多斯盆地开工建设150万吨/年的煤电CCUS项目，该项目被普遍预期成为全球最大的煤电CCUS项目。中国石油计划从2025年开始储存高达500万吨/年的二氧化碳。中海油将在珠江口启动中国首个二氧化碳海上储存项目。2022年6月27日，埃克森美孚、壳牌和中海油与广东省政府签署了谅解备忘录，评估大亚湾石化工业园的世界级项目。此外，包括新疆广汇和恒立在内的几家私营企业也宣布实施CCUS项目。

3、CCUS行业代表企业技术创新较为活跃

目前，中国二氧化碳捕集技术研发主要企业有昊华科技、远达环保、蓝晓科技、惠博普、双良节能、冰轮环境、天邦膜技术、雪人股份等，不同企业技术创新重点有所不同，市场业态百花齐放。其中，远达环保CCUS技术和装置研发处于业内领先地位；昊华科技下属西南化工研究设计院长期从事含碳工业尾气净化、分离与资源化利用技术研发与成果推广，技术优势明显;惠博普拥有碳捕集、液化、提纯、净化、注入、封存、零排放等工艺技术优势；天邦膜在气体分离膜领域拥有雄厚的技术储备和先发优势。二氧化碳捕集增量降本趋势明显碳捕集技术从源头上避免碳排放，是实现碳中和必不可缺的一环。

表8：中国二氧化碳捕集技术企业业务布局领域

资料来源：前瞻产业研究院

1、碳捕集

高碳排放企业捕集需求强烈，碳捕集市场广阔。双碳目标下，电力、钢铁、水泥、化工等高碳排放行业企业为响应国家号召，具有较高的减碳需求。从总排放规模上看，我国排放量占比较大的碳源主要来自热电厂、水泥、钢铁、煤化工等行业，但其中前三者均属于低浓度排放源，仅化工属于高浓度排放源；由于不同行业碳源浓度、杂质组分的不同，所使用的捕获技术是有差异的，当前从高浓度排放源进行捕获面临的技术挑战较少，相对成熟。此外在单企业排放规模上，热电厂、水泥、钢铁、煤化工单一碳源排放规模均较大。在分布上看，热电厂、水泥、钢铁、石化与化工行业企业主要分布于经济发达的东部地区，与中国人口、经济发展状况分布类似。

当前我国碳捕集示范项目整体规模较小，成本较高。碳捕集是CCUS流程中成本主要来源，占整个CCS运营成本的70%以上。碳捕集主要从工业废气和大气中捕获CO2。根据已投运CCUS示范项目净减排成本统计显示，碳捕集技术的能耗及成本因排放源类型及CO2浓度不同有明显差异，通常CO2浓度越高，捕集能耗和成本越低，CCUS减排技术的CO2避免成本越低，这是因为CO2浓度越高，越利于高效捕集和后续分离，进而带来单位捕集成本的下降。

当前我国绝大部分的大规模烟气源碳捕集成本在270元/吨以上，在我国已投运的CCUS示范项目中，电力、水泥等行业由于烟气中CO2浓度较低，捕集难度大，是捕集能耗与减排成本较高的行业。水泥行业受到技术成熟度的影响具有最高的捕集能耗，最高达到6.3GJ/tCO2，捕集成本在180-730元/吨CO2；电力行业捕集能耗为1.6-3.2GJ/tCO2,捕集成本在300-600元/吨CO2；煤化工行业可产生高CO2浓度（>70%）的烟气，能耗在0.7-2.5GJ/tCO2，石油化工行业的捕集能耗最低，约为0.65GJ/tCO2，煤化工和石油化工领域的一体化驱油示范项目净减排成本最低可达到120元/tCO2。结合项目成本来看，捕集能耗高的行业CCUS示范项目成本也较高，降低CCUS捕集能耗对降低我国CCUS示范项目成本十分重要。

表9：我国主要排放源已投运CCUS示范项目捕集能耗及成本

就行业来看，煤化工、石化工行业由于其碳捕集的经济性，成为最优选的碳源。而火力发电和钢铁行业由于对煤炭消耗量巨大，是碳排放的主体，在2030年之后将成为主要的CCUS需求来源。与此同时，使用不同的采集技术也会影响捕集成本。

同时，不同的捕集技术也会在一定程度上影响捕集成本。碳捕集技术成本的下降需要依赖技术创新和规模效应，一方面要寻找低成本高性能的材料、低能耗的反应体系等;另一方面也要从产业发展和工艺设计两个角度去考虑规模化的问题。吸附与解吸是未来值得探索的关键步骤，这方面一些新的机理和方式可能带动整个产业的成本下降。

从企业来看，全球范围内，碳捕集技术核心厂商主要包括美国的埃克森美孚公司（ExxonMobilCorporation）、斯伦贝谢公司（Schlumberger）、哈利伯顿公司（Halliburton）、中国的华能集团（Huaneng）、德国的林德集团（LindeAG）、瑞士公司Climeworks等。其中，美国公司埃克森美孚公司（ExxonMobilCorporation）在路易斯安那州、怀俄明州、澳大利亚都开始布局或实施捕集项目；美国的斯伦贝谢公司（Schlumberger）和德国的林德公司已就碳捕获、利用和封存（CCUS）项目达成战略合作,以加快工业和能源部门的脱碳解决方案；瑞士绿色技术初创公司Climeworks偏重于空气捕集技术，投建了其首个“直接空气碳捕捉”（DAC）技术商业化落地的工厂项目，捕捉规模是全球同类项目的10倍。

国内的碳捕集技术核心企业主要有中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司（简称清能院，中国华能集团公司直属的清洁能源技术研发机构）、中国华电科工集团有限公司（简称华电科工，中国华电集团有限公司下属企业）、齐鲁石化、安徽碳合能科技发展有限公司（安徽海螺水泥投资）、西南化工研究设计院有限公司（中国昊华化工集团股份有限公司下属的科技型企业）、中国石化集团南京化学工业有限公司（简称南化公司，中国石化集团下属企业）等。

我国CCUS整体发展较晚，碳捕集技术研发与应用虽有规模，但整体来说不够成熟，项目多示范作用，产业化发展情况不够明朗，下一步可以在示范工程的基础上扩大应用规模，实现产业化。

表10：国内部分碳捕集项目及企业情况

2、碳利用与封存

碳利用与碳封存是CCUS的下游领域，属于对捕集的二氧化碳进行资源化利用或处置的过程。碳利用参与方是碳利用技术与设备的供应商，目前我国碳利用技术与设备的研发与制造并无完全匹配的企业，在此领域相对成熟的企业有中国化学、凯美特气、万华化学、宝丰能源等企业，这些企业虽并非将二氧化碳的利用作为主营业务，但其对碳利用有较为密切的关注，对碳利用技术或设备有相关布局或开展过相关项目，目前中国化学正在积极探索CO2电催化转化成高附加值产品；万华化学除了积极开发碳捕捉技术外,也在布局碳利用，比如利用干重整技术将CO2重新用于产品的生产过程中,比如CO2用于替代硫酸中和生产过程中的碱性废水,又比如将其出售给干冰企业制作干冰等。

碳封存目前应用较少，多集中在油气行业，目前做过或者有过相关布局的企业多为石油行业，比如中国石油、中国海油，中石化等大型国企，对于企业来说，由于单独进行碳封存的成本相对较高，而且不具备附带经济价值，因此目前布局较少，需要政策激励。但由于碳封存是将二氧化碳注入地下或海下，也具备驱油的作用，因此布局碳封存会引起石油行业的关注。

表11：国内部分碳利用与碳封存项目

2021年，中国石油实现二氧化碳年注入量达56.7万吨，累计埋存二氧化碳超450万吨，产油量达20万吨。中石化的齐鲁石化—胜利油田百万吨级CCUS项目由齐鲁石化捕集提供二氧化碳，并将其运送至胜利油田进行驱油封存，实现二氧化碳捕集、驱油与封存一体化应用。中国海油开展适应海上二氧化碳封存的地质油藏、钻完井和工程一体化关键技术研究，成功研发了海上平台二氧化碳捕集、处理、注入、封存和监测的全套技术和装备体系，填补了国内海上二氧化碳封存技术的空白。综上，我国碳封存项目目前成本较高、布局较少，多集中在大型国企，且纯CO2封存项目很少，多与二氧化碳地质利用一体。

3、小结

碳捕集与封存技术发展已40余年，产业链相对完整，但就整个CCUS产业而言，目前仍处于商业化的早期阶段，CCUS产业发展仍面临多个因素制约。首先是项目成本普遍较高，例如燃煤电厂安装碳捕集装置后，捕集每吨CO2将额外增加250-400元/吨的运行成本，发电成本将大幅增加，无法实现减排收益。其次当前CO2运输方式以罐车为主，运输费用较高，较为经济的管道运输尚在起步阶段，亟须统筹规划相匹配的管网布局方案。当前，利用方式主要为CO2驱油，而通过技术手段转化为燃料、化学品、建筑材料等产品还存在诸多技术经济问题。虽然面临种种困难，但是从长远来看，CCUS技术能耗和成本将趋于下降，并为最终实现商业化提供支撑，同时随着CO2交易价格的不断上涨，CCUS将越来越具有经济性。

当前，主要发达国家已经加大对CCUS技术的投资和布局。美国2018年颁布的《45Q法案》规定，任何2024年之前开始建设的新的化石燃料发电厂或产生CO2的工厂，其碳捕获设备投入使用之后将获得最高12年的税收抵免。拜登政府上台后第一时间延续了特朗普政府期间通过的《45Q法案》。加拿大颁布了与美国类似的支持政策。欧盟宣布到2025年所有化石燃料电厂实现CCUS改造，并于2020年成立100亿欧元基金，英国亦提供8亿英镑，用于支持CCUS。

党的二十大报告强调要立足我国能源资源禀赋，坚持先立后破，而CCUS技术是实现我国能源体系先立后破的关键。未来碳减排需求规模化增长，CCUS技术也将大幅商业化、规模化。根据《中国碳捕集利用与封存技术发展路线图》，到2030年，我国CCUS技术开始进入商业化应用阶段并具备产业化能力；到2035年，部分新兴技术实现大规模运行；到2040年，CCUS系统集成与风险管控技术得到突破，初步建立CCUS集群；到2050年，CCUS技术实现广泛部署，建成多个CCUS集群。

虽然目前CCUS技术的多数细分环节仍处于研发和早期的系统示范阶段，但在成本、能耗、安全性、可靠性方面依然有较大的发展空间。未来CCUS各类细分技术发展，以技术革新推动降本增效。在碳捕集方面，多元化的技术路线并行发展将有效降低捕集成本；在碳运输方面，管道运输、公路运输、铁路运输和船舶运输四种运输方式结合使用将实现碳运输成本的最优化；在碳利用方面，多样化的碳利用方式将助力CCUS经济效益的提升；在碳封存方面，智能化钻井技术和勘探技术的发展将有效降低封存成本。

目前我国CO2捕集技术发展速度较快，各技术优劣势明显。由于燃烧后捕集技术流程相对简单、发展相对成熟，因此应用最为广泛，可适用于大部分燃煤电厂、钢铁厂、水泥厂等老旧工厂的低碳改造。应用较为广泛的化学吸收法虽然吸收效率和吸收纯度等方面有优势，但其吸收剂的能耗以及对环境的影响越来越难以忽视。而物理吸附法工艺流程简单，清洁无污染，吸附技术的核心在于吸附剂的研发与使用上，随着吸附新材料的研发和改进，物理吸附法有着广阔的发展前景。

在我国运输环节各技术中，罐车和船舶运输较为成熟，管道运输进展相对慢一些。我国罐车运输和船舶运输技术均已达到商业应用阶段，主要应用于规模10万吨/年以下的CO2输送。CO2陆地管道输送技术是最具应用潜力和经济型的技术，目前吉林油田和齐鲁石化采用此方式输送。海底管道输送CO2的技术在国内尚处于研究阶段，但随着技术的不断发展，海底管道运输也将成为碳运输路径的有力支持。根据《中国碳捕集利用与封存技术发展路线图（2019）》，到2035年我国将初步形成高效低成本的陆上管道，2040年将建成多个陆上管道网络，2050年建成陆海一体的管道网络。

从发展路径与目前发展速度来看，随着碳技术的突破，CO2的商业利用范围将有望进一步拓宽。许多CO2利用技术目前虽然处于早期发展阶段，但未来有望商业化拓展，例如利用CO2合成燃料、合成高附加值化学产品、合成材料等。我国在部分碳利用技术上已形成一定规模，我国地质利用、化工利用、生物利用等利用技术，到2035年基本能够实现一般条件下的商业应用，到2040年基本实现广泛的商业应用。

CO2的地质封存是极具价值且富有挑战性的任务。油气藏封存CO2技术、煤层封存CO2技术、深部咸水封存CO2技术、海洋封存CO2这几种封存方式各有优劣且潜力巨大。目前我国开展了很多地质封存CO2的项目，其中可以看到油气藏封存CO2技术走在最前列，各大油田都有着自己的规划与发展。深部咸水层与煤层封存CO2技术亦在我国各地有所开展。选择合适的方式，积极地通过数值模拟与实地监测以及智能化钻井技术和勘探技术的发展，CO2的封存在未来一定会有广阔的前景。

近年来，我国高度重视CCUS技术发展，相关技术成熟度快速提高，系列示范项目落地运行。新技术不断涌现、效率持续提高、成本逐步降低，我国CCUS技术多环节都已展现出商业化的潜力，未来通过开展大规模CCUS示范与产业化集群建设必将最终实现商业化运行，助力我国的碳中和事业稳步推进。

文章来源：博正智库