一、CCS、CCUS的定义
碳捕获与封存（Carbon Capture and Storage CCS）技术是指将二氧化碳从工业或相关排放源中分离出来，输送到封存地点，并长期与大气隔离的过程。这种技术被认为是未来大规模减少温室气体排放、减缓全球变暖最经济、可行的办法。
碳捕获、利用与封存（Carbon Capture，Utilization and Storage CCUS）技术是CCS技术新的发展趋势，即把生产过程中排放的二氧化碳进行捕获、提纯，继而投入到新的生产过程中进行循环再利用或封存的一种技术。该技术具备实现大规模温室气体减排与化石能源低碳利用的协同作用，是未来应对全球气候变暖的重要技术选择之一。
二、CCS、CCUS的技术环节
(一) CCS的技术环节
CCS技术主要由四个环节组成：捕集、运输、地质封存和监测、用于增加石油采收率（EOR/EGR），其中第四个环节是可选环节，具有潜在收益。
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环节 |
内容 |
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捕集 |
将大型发电厂、钢铁厂、水泥厂等排放源产生的二氧化碳收集起来。根据收集时点的不同，可分为三种：第一种是燃烧后捕集，这种方式能够满足常规的电厂，也是最容易理解的方式。第二种是富氧燃料捕集，即让燃料在纯氧中燃烧，这种方式理论上很有希望但现实应用较少。第三种是燃烧前捕集，这种方式很有可能提供混合的电力、氢气和低碳燃料/原料。 |
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运输 |
将二氧化碳从排放源压缩后运输到存储地点，包括陆地、海底管道、船舶、铁路、公路等运输方式。目前最可行的方式是管道运输，但是若是涉及远距离运输，则需要使用船运。 |
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地质封存与监测 |
通过工程技术手段将捕集的二氧化碳储存于地址构造中，实现与大气的长期隔离，同时对泄露进行监测。主要的存储方式有陆上咸水封存、海洋咸水封存、油气田封存。经过深入、广泛的地址分析，目前最适合储存二氧化碳的地点是枯竭的油气田。 |
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用于增加石油采收率（EOR/EGR） |
注入二氧化碳，将那些开采难度大的石油或天然气“推向”生产井。EOR/EGR商业运行证明这种方法可以将枯竭油气田寿命预期延长20年。当然，这一环节还需进一步检验证明二氧化碳在地下保持不扩散。 |
(二)CCUS的技术环节
CCUS技术主要是在CCS技术基础上将二氧化碳进行利用，主要由四个环节组成：捕集、运输、利用、封存。其中，捕集、运输、封存环节与CCS相同，此处仅列示利用环节。
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环节 |
内容 |
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利用 |
地质利用 |
将二氧化碳注入地下，生产或强化能源、资源开采的过程，主要用于提高石油、地热、地层深部咸水、铀矿等资源采收率。 |
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化工利用 |
以化学转化为主要手段，将二氧化碳和共反应物转化成目标产物，实现二氧化碳资源利用的过程。不包括传统利用二氧化碳生成产品、产品在使用过程中重新释放二氧化碳的化学工业，如尿素生产等。 |
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生物利用 |
以生物转化为主要手段，将二氧化碳用于生物质合成，主要产品有食品和饲料、生物肥料、化学品与生物燃料和气肥等。 |
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三、CCS、CCUS的发展现状
(一)制度建设与技术研发
CCS与CCUS的理念、目标基本一致，都是为了减少二氧化碳排放总量，而CCUS在CCS基础上多了“U”，增加了二氧化碳利用环节，因此，CCUS作为国际公认的主要减碳途径之一在世界范围内被广泛接受。
相较于欧美发达国家，我国CCS技术研发工作起步较晚，2010年7月，科技部21世纪议程管理中心副主任彭斯震在《CCS在中国：现状、挑战和机遇》报告发布会上表示：“今后会有越来越多的人用CCUS代替CCS。对中国来说，我们也更青睐CCUS。”在2011年6月召开的中国工业气体协会二氧化碳专业委员会年会上，亦有专家表示：“十二五期间，二氧化碳行业将实施原料来源控制、强化应用技术开发等举措，使二氧化碳行业从CCS迈向CCUS，努力实现二氧化碳减排及资源化利用。”此后，我国对CCUS的关注度逐渐提高，CCUS技术也不断发展。
(二)实践发展
1.全球CCS发展情况
根据全球碳捕集与封存研究院发布的《全球碳捕集与封存现状2020》报告，截至2020年，全球共有65个商业CCS设施，其中26个正在运行，2个已暂停运行（一个是因为经济不景气，一个是因为火灾），3个在建项目，13个处于高级开发阶段，已经进入前端工程设计阶段，21个处于开发早期。2020年新增的17个CCS设施中，有12个位于美国，其余分布在英国（2个）、澳大利亚和新西兰。目前运行中的CCS设施每年可以捕集和永久封存约400万吨二氧化碳。
图1 全球不同发展阶段的CCS设施示意图
注：深化咸水层封存项目已于2015年结束注入，上图中不包含此项目。
就行业分布而言，我国二氧化碳捕集主要在煤化工行业、火电行业、天然气以及甲醇、水泥、化肥等行业开展。其中火电行业共有9个捕集项目，占比最高。就地区分布而言，我国二氧化碳捕集示范项目主要分布在华东、华北地区。
图2 我国二氧化碳捕集项目行业分布
图3 我国二氧化碳捕集项目地区分布
地质封存与利用项目以提高石油采收率为主，主要围绕几个油气盆地展开，包括东北松辽盆地、华北渤海盆地、西北鄂尔多斯盆地和准噶尔盆地。
图4 我国地质利用项目地区分布
尽管近年来我国CCUS技术在不断发展，但由于其起步较晚，与世界主要国家相比，无论是二氧化碳累计封存量还是年封存量都有一定的差距。加上我国二氧化碳年排放量还处于较高水平，CCUS发展与二氧化碳减排事宜任重道远。
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国家 |
累计封存量（万吨） |
年封存量（万吨） |
年排放量（万吨） |
项目数量（个） |
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美国 |
>5800 (1972-2019) |
2100 |
512520 |
9 |
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中国 |
≈200 (2007-2019) |
10-100 |
942870 |
10 |
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挪威 |
≈2200 （1996-2019） |
170 |
3550 |
2 |
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加拿大 |
≈4425 （2000-2019） |
300 |
55030 |
4 |
数据来源：《中国二氧化碳捕集、利用与封存（CCUS）报告（2019）》
四、典型案例介绍
中国石油吉林油田-EOR项目先导试验区与2008年4月底建成，标志着中国第一个-EOR项目示范区的正式建立。吉林油田-EOR项目是中国第一个全流程CCUS项目，其起源来自中石油长岭气田，通过管道运输至与之相距仅十几千米的驱油示范区。自2008年陆续建成投产了黑59、黑79南、黑79北小井距、伊59及黑46等5个驱油封存试验区，注气井组69个，年产油能力达到12万吨，年封存二氧化碳能力30万吨。目前中国石油吉林油田-EOR项目已实现伴生气中二氧化碳回收循环注入，达到二氧化碳零排放的目的。
华润电力海丰电厂CCUS示范项目是一个集测试平台区、二氧化碳储存区、化学实验室以及技术与国际交流中心于一体的项目。该项目二氧化碳捕集装置于2018年4月正式开工，2019年5月正式投产。这个依托于华润海丰电厂1号机组建设的，世界第三、亚洲首个多线程碳捕集测试平台正式开工，标志着国家碳捕集示范工程步入重要的里程碑。华润海丰CCUS项目已被广东省政府确认为省级CCUS示范项目，已建成碳捕集测试平台、化学实验室以及技术中心。海丰电厂毗邻南海，具有利用二氧化碳进行海水微藻养殖的天然条件，同时于南海北部油田有很好的源汇匹配关系，未来可以进一步考虑利用二氧化碳驱油提高海上油藏采收率以及地质封存减排，建立多种二氧化碳利用于封存减排产业园和示范区，推动CCUS一体化工业应用，为中国化石能源低碳转型提供支持。
