CCUS

CCUS（Carbon Capture，Utilization and Storage）碳捕獲、利用與封存是應對全球氣候變化的關鍵技術之一，受到世界各國的高度重視，紛紛加大研發力度，在CO2驅油等方面取得進展，但在產業化方面還存在困難。隨著技術的進步及成本的降低，CCUS前景光明。

基本介紹

• 中文名：碳捕獲、利用與封存
• 外文名：Carbon Capture
• 簡稱：CCUS
• 來源文獻：CCS在中國：現狀、挑戰和機遇

CCUS

CCUS（Carbon Capture，Utilization and Storage）碳捕獲、利用與封存

CCUS技術是CCS（Carbon Capture and Storage，碳捕獲與封存）技術新的發展趨勢，即把生產過程中排放的二氧化碳進行提純，繼而投入到新的生產過程中，可以循環再利用，而不是簡單地封存。與CCS相比，可以將二氧化碳資源化，能產生經濟效益，更具有現實操作性。

科技部21世紀議程管理中心副主任彭斯震2010年7月22日在《CCS在中國：現狀、挑戰和機遇》報告發布會上表示，中國的首要任務是保障發展，CCS技術建立在高能耗和高成本的基礎上，該技術在中國的大範圍推廣與套用是不可取的，中國當前應當更加重視拓展二氧化碳資源性利用技術的研發。他強調：“今後會有越來越多的人用CCUS(碳捕集再利用與封存)代替CCS(碳捕集與封存)。對中國來說，我們也更青睞CCUS。”第三屆中國（太原）國際能源產業博覽會上，CCUS（碳捕獲、利用與封存）成為熱門話題。中國工程院院士、清華大學教授倪維斗在博覽會上說“中國CCUS目前有很大潛力，應儘快啟動”。

二氧化碳的資源化利用技術有合成高純一氧化碳、菸絲膨化、化肥生產、超臨界二氧化碳萃取、飲料添加劑、食品保鮮和儲存、焊接保護氣、滅火器、粉煤輸送、合成可降解塑膠、改善鹽鹼水質、培養海藻、油田驅油等。其中合成可降解塑膠和油田驅油技術產業化套用前景廣闊。勝利油田電廠已啟動CCUS的示範項目。

二氧化碳降解塑膠

二氧化碳降解塑膠屬完全生物降解塑膠類，可在自然環境中完全降解，可用於一次性包裝材料、餐具、保鮮材料、一次性醫用材料、地膜等方面。二氧化碳降解塑膠作為環保產品和高科技產品，正成為當今世界矚目的研究開發熱點。利用此技術生產的降解塑膠，不僅將工業廢氣二氧化碳製成了對環境友好的可降解塑膠，而且避免了傳統塑膠產品對環境的二次污染。它的發展，不但擴大了塑膠的功能，而且在一定程度上對日益枯竭的石油資源是一個補充。因此，二氧化碳降解塑膠的生產和套用，無論從環境保護，或是從資源再生利用角度看，都具有重要的意義?。

研究現狀

美國、日本、德國和中國等國的企業在二氧化碳基聚合物領域進行了大量的研發工作。

美國

2010年8月上旬，美國Novomer公司獲得美國能源部(DOE)1840萬美元的資助，將加快該公司二氧化碳制塑膠生產線實現商業化。Novomer公司的技術使用二氧化碳和環氧丙烷生產聚丙烯碳酸酯(PPC)樹脂。PPC樹脂可用於塗料、表面活性劑、軟包裝和硬包裝以及纖維等，並且可實現生物降解。

Novomer公司已經在其合作夥伴伊士曼柯達(Eastman Kodak)公司的生產裝置中進行二氧化碳制塑膠的小規模生產。據稱，使用二氧化碳生產套用於塗料和膠粘劑的低分子量熱固性多元醇可望於2011年實現商業化，高分子量熱塑性聚合物可望於2012年實現商品化。

中國

中國企業在二氧化碳制塑膠方面已經處於世界領先地位。江蘇中科金龍化工股份公司早於2007年就形成了2.2萬噸/年的二氧化碳樹脂生產能力(一條2000噸/年和一條20000噸/年的生產線)，該項目採用中科院廣州化學所技術。中科金龍已經開發了二氧化碳樹脂在塗料、保溫材料、薄膜等多個領域的套用。中科金龍公司計畫在2015年前實現10萬噸/年的二氧化碳樹脂產能。

日本

日本研究人員日前開發出一種新技術，使二氧化碳能轉變為用於合成塑膠和藥物的碳資源，從而變“害”為寶。二氧化碳的化學性質非常穩定，不容易與其他物質發生反應，因此在工業領域僅用於生產尿素和聚碳酸酯等。東京工業大學教授岩澤伸治等人發現，碳化合物經過處理後可以與二氧化碳結合，形成新的碳物質。相關論文已經刊登在新一期《美國化學學會會刊》上。

德國

拜耳材料科學公司和兩家合作夥伴已獲得德國政府的資助，將共同開發基於二氧化碳原料的聚氨酯生產方法。德國聯邦教育研究部將在未來三年里為該項目投入450多萬歐元，研究目的是採用二氧化碳廢產物生產出聚醚多元醇聚碳酸酯(PPP)。

德國最大電力公司RWE Power International公司和位於德國亞琛的亞琛工業大學也將參與由總部位於德國Leverkusen的拜耳材料科學發起的這一項目。此外，將在Leverkusen興建一座採用上述新工藝的試驗工廠。

該工藝中使用的二氧化碳將來自於RWE Power公司在德國Niederaussem的工廠，該廠的一座煤創新中心內設有一套二氧化碳洗滌裝置。由此工藝生產出的PPP材料可用在建築隔熱和輕型汽車零部件中。

產業化遭遇的三大難題

作為化學方法固定二氧化碳的方向之一，二氧化碳制塑膠對實現碳捕集、封存與利用具有重要意義。一方面，二氧化碳制塑膠可以在很多領域替代傳統塑膠，從而減少了生產傳統塑膠過程中的碳排放；另一方面，生產一噸樹脂消耗0.4-0.5噸左右的二氧化碳，也體現了二氧化碳資源化利用的經濟價值。二氧化碳制塑膠與強化採油(CO2-EOR)類似，在減少CO2排放的同時，可為企業帶來收益。

業內人士表示，儘管我國在二氧化碳制塑膠這一領域已經取得突破性進展，但由於種種原因，國內二氧化碳降解塑膠產業進展遲緩，相關技術的利用，只有中海油等“高端玩家”才“玩得起”。

一是成本壓力太大。我國開發成功的二氧化碳降解塑膠技術主要有4種，在這4種技術中，實現了產業化的有3種。由於這些項目規模小，只能小批量生產，產量低、價格貴。此外，項目所需主要原料之一環氧丙烷和環氧氯丙烷價格也很高，再加上不菲的新產品推廣費用，導致二氧化碳降解塑膠的最終成本高達18000元/噸以上。在石油基塑膠價格隨石油價格走低的情況下，二氧化碳降解塑膠企業的成本壓力越來越大。

二是投資風險大。“就單位產品投資額而言，二氧化碳降解塑膠項目的投資額比煤制油還高，一個1萬噸/年二氧化碳降解塑膠項目，往往需要1.4億元以上的資金投入，單從經濟效益考慮，項目的投資風險是很大的。”廣州天成生物降解材料有限公司項目部經理陸斌說。中海石油化學股份公司和內蒙古蒙西高新集團負責人也坦承，如果不計算節能減排和環保效益，二氧化碳降解塑膠項目根本不賺錢甚至會賠錢。

三是需求小、銷售難。據介紹，二氧化碳降解塑膠的價格始終高於石油基塑膠1.5~2倍。加之其熱穩定性、阻隔性、加工性與石油基塑膠存在一定差距，限制了其只能在食品包裝、醫療衛生等有特殊要求的極少數領域使用，無法在需求巨大的薄膜、農地膜等領域推廣套用。不僅如此，即便在有限的食品包裝、醫療衛生領域，也面臨聚乳酸、聚乙烯醇、聚丁二酸丁二醇酯等降解塑膠的衝擊與競爭，使得二氧化碳降解塑膠的消費市場十分狹小，產品銷售困難。

二氧化碳合成全降解塑膠技術是世界關注的重要熱點之一。市場上的塑膠製品大多以石油為原料製成，成本高，且使用後不易降解，污染環境。運用該技術後，可將二氧化碳廢氣回收代替石油，直接生產全降解塑膠製品。該技術一方面可以減少二氧化碳的排放，節約石油資源；另一方面合成的塑膠可完全生物降解，能從根本上解決“白色污染”危害，是一種典型的循環經濟技術模式。

二氧化碳驅油

二氧化碳驅油，是一種把二氧化碳注入油層中以提高油田採收率的技術。在二氧化碳與地層原油初次接觸時並不能形成混相，但在合適的壓力、溫度和原油組分的條件下，二氧化碳可以形成混相前緣。超臨界流體將從原油中萃取出較重的碳氫化合物，並不斷使驅替前緣的氣體濃縮。於是，二氧化碳和原油就變成混相的液體，形成單一液相，從而可以有效地將地層原油驅替到生產井。套用混相驅油提高石油採收率的一個關鍵性參數是氣體與原油的最小混相壓力（MMP），MMP是確定氣驅最佳工作壓力的基礎。一般情況下，因為混相驅油比非混相驅油能采出更多的原油，所以希望在等於或略高於MMP下進行氣驅。如果壓力遠高於MMP，就容易造成地層破裂，無法保障生產過程的安全性，其結果是不僅不能大幅度提高原油產量，還會降低經濟效益。二氧化碳驅油一般可提高原油採收率7%~15%，延長油井生產壽命15~20年。

研究現狀

美國是套用二氧化碳驅油研究試驗最早、最廣泛的國家。從1970年開始，美國就在德克薩斯州把二氧化碳注入油田作為提高石油採收率(EOR)的一種技術手段，至2006年已有70多個類似的項目，每年注入二氧化碳總量達2000萬～3000萬噸，其中大約有300萬噸二氧化碳來源於煤氣化廠和化肥廠的尾氣，大部分從天然的二氧化碳氣藏採集。至今還在使用。CO2-EOR混相驅油提高採收率範圍在4%～12%之間，純淨CO2注入儲層，占儲層中流體體積的10%～45%。與CO2-EOR混相驅油項目相比，CO2-EOR非混相驅油項目較少。非混相驅油需要380m3CO2驅替1桶原油(760kg/b)。可最大提高採收率20%。

我國的大慶油田和江蘇油田都曾開展過驅油相關研究。1984年，大慶油田在薩南東部過渡帶進行二氧化碳驅油的礦場試驗研究，該項目首先與國外公司合作，1993年6月結束，1994年大慶繼續開展試驗，直到1995年底結束。驅油試驗當時可能主要考慮到增加石油產量，缺少對二氧化碳在地下運移、富集的監測研究。

2006年，在中國石油集團領導的支持下，中國石油勘探開發研究院和吉林油田發起組織，聯合中科院地質與地球物理所、華中科技大學、北京大學、清華大學和中國石油大學等單位，向科技部申請了《溫室氣體的資源化利用和地下埋存》國家973基礎研究項目，並得到了批准。項目組立足於中國陸相油藏儲層特點和原油性質，發展完善了二氧化碳混相驅油、埋存評價等關鍵理論與方法，以減排利用火山岩天然氣藏開發過程中副產的二氧化碳為目標，初步形成二氧化碳驅油與埋存的配套技術，並在吉林大情字井現場試驗中得到成功套用，奠定了我國利用二氧化碳驅油實現溫室氣體減排和資源化利用的產業模式基礎。

套用前景

二氧化碳驅油提高採收率和封存技術已經成為經濟開發和環境保護上實現雙贏的有效辦法，實現溫室氣體的資源化利用並提高油氣採收率前景可期。國內外大量的研究和現場套用已經證明，向油層中注入二氧化碳混相驅或非混相驅能夠大幅度提高採收率。據2010年《油氣雜誌》報導，美國利用二氧化碳驅技術已經采出了大約15億桶原油，根據美國能源部國家能源技術實驗室（NETL）的評價結果，美國利用二氧化碳驅的增油潛力達340億桶。

根據1998年《中國陸上已開發油田提高採收率第二次潛力評價及發展戰略研究》的結果，僅在參與評價的79.9億噸常規稀油油田儲量中，適合二氧化碳驅的原油儲量約為12.3億噸。另外我國現已探明的63.2億噸低滲透油藏儲量，尚有50%左右未動用。開發這些儲量，二氧化碳驅油比水驅油具有明顯的優勢。

此外，二氧化碳在提高稠油油藏採收率、提高煤層氣和天然氣採收率領域也具有很好的套用前景。“具體到我國，當前和今後一段時期，二氧化碳減排必須走高效利用之路，二氧化碳驅油提高採收率和埋存技術必定具有廣泛的套用前景”。?

CCUS的標準化

早在2010年秋，美國與加拿大的幾十位專家便開始了地質儲存二氧化碳國際標準化的“第一步”。
而後，加拿大標準協會（CSA）和二氧化碳國際性能評估中心組織具有CCUS 項目全生命周期知識和經驗的專家，制定了已被加拿大標準委員會認可的Z-741標準，從而成為國際標準化組織（ISO）TC-265：二氧化碳捕集、運輸和地質存儲委員會的種子文檔。

2012 年，ISO 成立了TC-265技術委員會，由16 個參與（或投票或“P”成員）國家、10個觀察（不投票）國家和6個聯絡或不投票的非政府組織組成，加拿大主持工作，中國負責秘書處。該委員會的目的是開發和保護一套統一規則和標準的全球共識，恰當、可靠、有效地實施CCS項目。

2013 年2 月，委員會特意成立如下五個工作小組，確定了工作範圍、秘書處或“召集人”。捕捉領域工作小組由日本領導，工作範圍主要包括富氧燃燒後、富氧燃燒前和富氧燃燒捕獲流程，工業處理、分離、淨化、脫水、壓縮和泵送、液化、安裝、運營、維護，CO2 流的質量、績效評估（捕獲率、能耗、排放、可靠性和安全性），監測、管理系統、電廠改造。交通工作小組由德國領導，將集中在現有的ISO/TC-67標準未覆蓋的管道、船舶、公路、鐵路及健康、安全與環境（HSE）方面具體的運輸和監控。存儲工作小組已分為加拿大主導在岸存儲、日本主導離岸存儲。工作範圍集中在枯竭油氣藏與鹽鹼含水層的存儲、場地選擇、風險評估、風險管理、井口建設、避免存儲泄漏與補救及存儲監控等。量化和驗證工作小組由中國領導、法國支持，工作領域包括項目邊界、工程滲漏、量化過程、CO2 量化監測與報告、第三方驗證及生命周期分析等。跨領域工作小組由法國主導、中國支持。工作範圍包括專業術語、系統集成（全價值鏈）、全面風險管理、利益相關者的關係與諮詢、公眾參與、報告以及不同來源氣體流的混合。