中国未来二氧化碳减排技术应向CCU方向发展

全球二氧化碳减排总量的贡献率将占 １ ９ ％ ，是仅 缓气候变化的技术重点之一，并增加了研发资金
次于改善能源效率的第二大减排技术。因此，目 进行技术攻关， 先后组织了一系列的 Ｃ Ｃ Ｓ 科技攻
前世界各国都在致力于 ＣＣＳ 的研究开发和技术示 关与示范活动，与国外同行开展了广泛的国际交
范工作。
流和项目合作。根据全球 ＣＣＳ 研究院的最新统计，
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项目指燃煤电厂捕获项目年捕获量在 ８０ 万 ｔ 以上， 其它捕获项目年捕获能力在 ４０ 万 ｔ 以上），中国约 占 １４％ 的比例，且在 ２０１１～２０１２ 年度全球新增的 ４ 个大规模 ＣＣＳ 项目中，中国占有 ３ 个项目，是 目前发展最为迅速的国家。
与国际比较，我国在 ＣＣＵＳ 技术研究方面起步 较晚，但通过近几年国内外广泛的技术合作与转 让，工程示范，认识和掌握了一些关键技术。ＣＣＵＳ 示范规模由小变大，与国际知名企业的项目合作 愈加频繁，工艺技术逐步走向国际前沿，具备了一 定的技术发展基础。
２ 我国发展 ＣＣＳ／ＣＣＵＳ 面临的主要困难 ２ ． １ 政策体系与推广模式远未成熟 从当前 Ｃ Ｃ Ｓ 及 Ｃ Ｃ Ｕ Ｓ 的全球发展情况来看， 即使是目前运行得比较顺利的 Ｃ Ｃ Ｕ Ｓ 项目，Ｃ Ｏ ２ 利用所带来的经济效益也是非常有限的，远远覆 盖不了高额的项目投资成本。我国是世界上最大
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到了 ５ ｍ ｍ ；美国科罗拉多州的 Ｒ ａ ｎ ｇ ｅ ｌ ｙ 油田通 过现场测试表明，将液体注入多孔介质中能够诱 发微地震活动；最新报道的研究成果显示，美国 德克莎斯州的油田高压注射钻井附近频繁发生微 地震现象。
二氧化碳减排的前沿技术，有望将来在全球应对 切关注 Ｃ Ｃ Ｓ 发展动向，已认识到 Ｃ Ｃ Ｓ 对未来中国
气候变化行动中发挥重要作用。根据 Ｉ Ｅ Ａ 《能源 低碳发展和煤炭清洁利用技术的支撑作用。在
技术展望 ２０１０》预测，到 ２０５０ 年，ＣＣＳ 技术对 ２００６ 年，ＣＣＳ 被列为国家控制温室气体排放和减
ment process. The paper pointed out that CO2 geological storage might be one of the biggest obstacles for CCS/ CCUS further development. Therefore, the authors have proposed a new strategy idea of CCU (CO2 capture and utilization) technical roadmap for China to achieve large-scale CO2 emission reduction through CO2 mineralization and utilization in the future The paper also suggested three promising CCU roadmaps , such as
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中国未来二氧化碳减排技术 应向 ＣＣＵ 方向发展
谢和平１，刘 虹 ２，吴 刚 １
（１．四川大学，成都 ６１００６５； ２．国家发展和改革委员会能源研究所，北京 １０００３８）
摘要： 文章介绍了我国 ＣＣＳ 及 ＣＣＵＳ 的基本情况，并对其发展过程中存在的主要困难与问 题进行了分析，鉴于 Ｃ Ｏ ２ 地质封存可能成为 Ｃ Ｃ Ｓ 或 Ｃ Ｃ Ｕ Ｓ 技术发展的主要障碍，作者提出了在 我国实现大规模 ＣＯ２ 矿化利用的 ＣＣＵ （ＣＯ２ ｃａｐｔｕｒｅ ａｎｄ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ）发展新理念，选取了 可参考的三条 Ｃ Ｃ Ｕ 技术发展路线，即利用氯化镁矿化 Ｃ Ｏ ２ 联产盐酸和碳酸镁技术路线、固废磷 石膏矿化 Ｃ Ｏ ２ 联产硫基复合肥技术路线和利用钾长石矿化利用 Ｃ Ｏ ２ 的技术路线。文章最后就如 何在我国发展和部署 Ｃ Ｃ Ｕ 技术路线方案提出了若干建议。
的发展中国家，目前的首要任务是确保发展，如果 单纯为了控制二氧化碳的排放，要求 ＣＯ２ 的排放企 业额外增加 ２ ５ ％ 以上的能源消耗和投资运营成本 作为代价，显然不合情理。ＣＣＵＳ 技术如果没有出 现重大技术创新和应用领域的重大突破、如果没 有实现成本效益的显著提高，单靠一国政府财政 的投入来支撑大规模推广应用，不太现实也难以 做到。因此，从目前 Ｃ Ｃ Ｕ Ｓ 技术水平的经济性来 看，我国制定鼓励大规模推广 Ｃ Ｃ Ｕ Ｓ 技术的产业 政策还远未达到合适的时机。
Key words: Carbon dioxide emission reduction; Carbon dioxide mineralization; CCU
１ 我国 ＣＣＳ／ＣＣＵＳ 发展状况 碳捕获碳封存（Ｃ Ｃ Ｓ ）是一项可实现大规模
的煤炭消费国，ＣＯ２ 排放巨大。与世界所有关注和 积极参与气候变化行动的国家一样，我国政府密
employing MgCl2·6H2O to mineralize CO2 and to recover hydrochloric acid and magnesium carbonate, using phosphogypsum to mineralize CO2 and produce Sulphur-based compound fertilizer and calcium carbonate, or with K-feldspar mineralized CO2 as well. Finally, the authors have raised some commendations for China's CCU strategic plan implementation.
由于 Ｃ Ｃ Ｓ 项目对 Ｃ Ｏ ２ 进行的捕集与封存是一 种纯粹的投入行为，不带来直接的经济效益，因而 项目运行的持续性会受到影响。为了解决项目的 经济性问题，现在的 ＣＣＳ 项目更多地综合考虑 ＣＯ２ 捕获后的利用问题，以创造项目的经济价值。例 如，目前全球 ＣＣＳ 项目利用 ＣＯ２ 驱油的 ＣＣＳ＋ＥＯＲ 项目越来越多。我国一直高度重视和支持 ＣＯ２ 资源 化利用的创新行为，提出了 Ｃ Ｃ Ｓ 向 Ｃ Ｃ Ｕ Ｓ 方向转变 的（Ｃａｒｂｏｎ Ｃａｐｔｕｒｅ， Ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｓｔｏｒａｇｅ， ＣＣＵＳ）思路，得到国际同仁的认同。２０１２ 年 ２ 月 １５ 日，我国在“十二五”规划的发展目标中明确 指出，将在发电与输配电技术领域内掌握火电机 组大容量 ＣＯ２ 捕集技术、燃煤电厂大容量 ＣＯ２ 捕集 与资源化利用技术方面组织相关的 Ｃ Ｃ Ｕ Ｓ 科技攻 关和项目示范，进一步强化了 ＣＯ２ 资源化利用的重 要性和现实性。
２ ． ２ 地质封存成为难以逾越的障碍 理论上，综合运用现代化学工程和地质开采 工程的科技成果，Ｃ Ｃ Ｕ Ｓ 项目并不存在过多的技 术难题，主要是受到投入大、能耗高、无效益、激 励政策不明朗、社会认知度不高、争议大等一系 列复杂的社会经济系统问题的约束。前面几项问 题的解决主要是时间问题，但最后的地质封存问 题确是一个“硬伤”。Ｃ Ｏ ２ 地质封存的目标地层深 度一般超过 １ ０ ０ ０ ｍ ，Ｃ Ｏ ２ 加压注入后，与地层中 的岩石、地下水接触产生不同程度的物化反应， 将破坏地层原始的应力、温度、渗透压力等物理 化学性质，带来的长期地质影响难以估量，出现 的风险包括泄漏、地表变形、地下水系及诱发地 震等。例如，据国际能源署的资料，近年来最坏 的一次发生在 １ ９ ８ ６ 年喀麦隆。由于地震的引发， １２０ 万 ｔ 的二氧化碳从尼奥斯湖中泄露出来，导致 １７００ 人死亡；而在阿尔及利亚 Ｓａｌａｈ 项目的 ＣＯ２ 封存工程现场监测数据表明，每年地表的拱起达
我国是世界上主要的能源消费国，也是主要 在全球拥有的 ７３ 处大规模 ＣＣＳ 项目中（规模以上
收稿日期： 2012-10-16 作者简介 ： 谢和平，中国工程院院士（能源与矿业工程学部），四川大学校长。
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二氧化碳地质封存逐渐暴露出来的一些问题， 让人们越来越难于预料其可能存在的风险。过去 一年中，发生在德国 Ｃ Ｃ Ｓ 立法问题上的各种争议 和分歧，以及 ２０１１ 年全球有 ５ 个规划中的 ＣＣＳ 项 目宣告退出，无论出于何种原因，均显示出人们对 于 Ｃ Ｃ Ｓ 以及 Ｃ Ｏ ２ 地质封存前景的各种担忧。
据全球 Ｃ Ｃ Ｓ 研究院的调查，全球 ７ ３ 个上规 模的 ＣＣＳ 项目中，正在运行和建设之中的项目只 有 １５ 个，其余 ５８ 个项目仍在前期规划和设计当 中，且多数项目属油气田强化开采项目，即二氧 化碳驱油（Ｃ Ｃ Ｓ ＋ Ｅ Ｏ Ｒ ）项目，涉及到电厂捕集 的项目只占少数比例，实现商业化运行的项目只 是个别。目前 Ｃ Ｏ ２ 捕集、净化、运输和封存各单 项环节都有示范运行项目，除了在油气田驱油项 目之外，尚无从排放源（如电厂或钢铁厂）、运输、 封存的一体化并商业化经营的项目，更没有成熟 的商业模式和运营经验可以在全球范围内推广。 尤其是涉及到 Ｃ Ｃ Ｕ Ｓ 有关的立法、融资、公众接 受、社会安全与责任、监管等一系列政策法规体 系的建设还需要相当长一段时间的研究、制定和 完善。这套政策法规体系是否完备是大规模发展 Ｃ Ｃ Ｓ 的先决条件。
从以上种种情况来看，Ｃ Ｏ ２ 地质封存无疑将 成为未来大规模推广 Ｃ Ｃ Ｕ Ｓ 的主要障碍。
２ ． ３ 与其他低碳技术的竞争能力不强以及 公众认同程度不高
如果在一定时期内 Ｃ Ｃ Ｕ Ｓ 的技术经济性难以 有重大突破，必将面临与可再生能源、或其他低碳 减排技术发展的激烈竞争，直接影响到投资者对 ＣＣＵＳ 的投资决策。同时，由于 ＣＣＵＳ 项目投资过 大难于回报，还会受到主要碳排放行业的消极抵 触，对 Ｃ Ｃ Ｕ Ｓ 发展形成制约。
通常人们可能会乐观地认为中国具有很大的 ＣＯ２ 地质封存能力，可实际上其不确定性和潜在的 风险远远超出人们的想象。中国的地质结构十分 复杂，Ｃ Ｃ Ｓ 地质封存可能会遇到比其他国家更加 难以想象的困难。
虽然目前 Ｃ Ｏ ２ 驱油被认为是一种较好的 Ｃ Ｏ ２ 埋存方法，可是驱油和封存有着实质上的不同。驱 油对 Ｃ Ｏ ２ 的封存作用往往只能保持几年或最长不 超过 ４ ０ 年，而 Ｃ Ｃ Ｓ 封存的时间跨度要求几百年、 甚至永久封存于地下。驱油项目使用的 ＣＯ２ 大约有 三分之二可能还会重新回到地表，因此，ＣＯ２ 驱油 只是短时期内开展 Ｃ Ｃ Ｕ Ｓ 项目的权宜之计，不能 当作长期性的 Ｃ Ｃ Ｓ 封存方法。
关键词： 二Βιβλιοθήκη Baidu化碳减排； 二氧化碳矿化； Ｃ Ｃ Ｕ 中图分类号： X321 文献标识码： A 文章编号：1003-2355(2012)10-0015-04
doi:10.3969/ j.issn.1003-2355.2012.10.003
Abstract: By analyzing China's CCS and CCUS current status and the main difficulties in their develop-
目前在国内比较有影响的 ＣＣＵＳ 示范项目有： 华能“绿色煤电计划”北京热电厂项目、上海石洞 口电厂项目、天津开发新区 ＩＧＣＣ 电厂项目、中石 化与胜利油田共同开展的 ＣＯ２ 捕获与驱油项目、中 石油在吉林油田开展的天然气生产的 Ｃ Ｏ ２ 捕获与 驱油一期和二期项目、中联煤层气在山西的深煤 层 注 入／ 埋 藏 二 氧 化 碳 开 采 煤 层 气 项 目 、 大 唐 集 团 在大庆油田和东营开展的电厂富氧燃烧与 Ｃ Ｏ ２ 捕 集项目、神华集团在鄂尔多斯开展的煤制油捕获 ＣＯ２ 地质封存项目、山西国际能源集团电厂富氧燃 烧与碳捕集建设项目等。