CCS化石能源脱碳的关键路径

  [中国石化新闻网2023-12-19]《联合国气候变化框架公约》第二十八次缔约方大会（COP28）达成了气候变化领域的“阿联酋共识”并通过一项历史性协议。协议呼吁各国以公正、有序、公平的方式推动能源系统转型。
  协议还呼吁在2030年前将全球可再生能源产能增加2倍，淘汰不加装碳捕集与封存（CCS）的煤电，以及加快研发CCS、碳移除等技术，以协助难以减排的产业实现气候目标。
  CCS技术是COP28重要议题
  在刚刚结束的COP28中，CCS与碳移除等成为最热门的话题之一。据不完全统计，本次会议上关于碳捕集与封存的议题有数十个。其中，日本、韩国、英国、欧盟、加拿大、阿联酋等计划开展CCS项目的国家和地区，都以不同的方式展示和研讨了CCS技术的应用。12月5日下午，COP28中国角举办的中国碳捕集、利用与封存（CCUS）新进展边会，受到国际同行的广泛关注。拥有Weyburn项目、萨省电力公司边界大坝电厂100万吨/年碳捕集设施和Aquistore咸水层封存项目的加拿大萨斯喀彻温省，在COP28绿区设置了独立展区宣传其可持续发展理念与领先的CCS技术。
  本届会议对CCS/CCUS技术的争论主要围绕这些技术是延迟化石能源的使用，还是帮助化石能源脱碳。一些受海平面上升影响最为严重的太平洋岛国和气候变化受害严重的国家出于生存需要，提出停止使用化石能源的建议。
  事实上，理性的声音则是围绕应对气候变化和实现碳中和目标的技术这一现实问题进行讨论。实现碳中和的技术包括减碳技术（节能、提高能效）、低碳技术（风、光等可再生能源）、零碳技术（水电、核能、生物质能、“煤电气电+CCS”）、负碳技术（“生物质能+CCS”、土地利用与森林碳汇）等。其中，因为水电、核电资源有限，所以光伏、风电被认为是替代化石能源的主体能源。但光伏、风电由于具有间歇性、随机性，需要配备煤电气电、储能、氢能3种技术路径加以调峰使用，进而形成新型电力系统。需要注意的是，光伏、风电的部署需要大量土地资源，许多土地面积小的国家不可能依靠光伏、风电来实现能源转型与碳中和。同时，煤电调峰的频繁启停将对煤电机组的安全性带来较大风险，储能则存在无法提供长时间供电保障的问题，氢能的利用面临成本高、安全隐患大等难题。
  中共中央、国务院印发的《关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》，明确了发展与光伏风电对应的智能电网、储能和氢能3种技术路径，以及与化石能源脱碳对应的规模化CCUS技术。这实际上已经明确了能源转型的两大技术路径，即可再生能源使用与化石能源脱碳。
  根据《世界能源统计评论》，2022年全球能源需求增长1%，可再生能源创纪录的增长并未改变化石燃料的主导地位，化石燃料仍占能源供应的82%。从全球应对气候变化的阶段目标来看，实现碳中和是第一个阶段目标，即全球各国的温室气体实现零排放。但是，在这个过程中，各国向大气中排放的温室气体累积量依然在增加。人类第二阶段目标则是将大气中自工业革命以来累积排放的温室气体清除，将大气中二氧化碳的浓度恢复到工业革命前的水平，这就需要依靠碳移除技术来实现。
  可再生能源的作用是替代部分化石能源，但是无法从大气中移除二氧化碳。CCS不仅是化石能源脱碳的关键选择，是水泥、钢铁、化肥、垃圾焚烧等难以减排行业重要的脱碳技术选项，同时也担负着在未来百年内清除大气中累积的二氧化碳的使命。因此，这项技术具有更长久的生命力。
  CCS技术备受石油公司青睐
  COP28达成的共识以有序和公正的方式，提出了解决能源系统从化石燃料进行过渡的办法，明确了化石能源结合CCS技术实现脱碳的重要性。这是技术的胜利和市场的选择。
  早在2023年5月，COP28主席苏尔坦·贾比尔就表示，世界必须认真对待CCS技术，而不是只关注用可再生能源取代化石燃料。太阳能和风能等可再生能源不是唯一的答案。埃克森美孚、壳牌、Equinor、道达尔能源、埃尼等石油巨头纷纷为CCS技术背书。这一技术成为诸多石油公司实现净零排放的重要选择。
  埃克森美孚于11月2日宣布已成功完成对Denbury公司的收购。Denbury是一家专注于CCS解决方案和提高石油采收率的开发商。收购完成后，埃克森美孚拥有和运营的二氧化碳管道已超过1500英里，成为美国最大的二氧化碳运输网络运营商。该管道网络可以连接超过15个陆上二氧化碳封存点。目前，埃克森美孚已具有通过CCS技术每年减少超过1亿吨二氧化碳排放的潜力。
  2023年8月，西方石油公司（Occidental）以约11亿美元的总价收购加拿大直接空气捕集公司CarbonEngineering，同时与1PointFive公司合作在得克萨斯州的埃克托县建设Stratos项目，即世界上最大的直接空气捕集与封存设施。预计2025年运营后，该设施每年可从大气中清除50万吨二氧化碳。
  壳牌目前运行着加拿大Quest百万吨咸水层封存项目，以及世界最大的澳大利亚Gorgon咸水层封存项目。壳牌还与道达尔能源和Equinor合作了封存能力达150万吨/年的北极光项目。此外，壳牌还有12个CCS项目正在部署中。值得一提的是，该公司还开发了利用可再生胺进行二氧化碳捕集的技术（CANSOLV），该技术具有低寄生能耗、动力学快速和低挥发性等特性。
  雪佛龙公司除了参与澳大利亚Gorgon咸水层封存项目、加拿大Quest百万吨咸水层封存项目外，还与Talos能源、Equinor等合作在得克萨斯州东南部建设占地4万多英亩、可封存2.25亿—2.75亿吨二氧化碳的BayouBendCCS项目。雪佛龙公司还在其位于加利福尼亚州克恩县的热电联产厂建设了EastridgeCCS项目。
  Equinor是世界最大的CCS运营商之一，参与了世界上诸多CCS项目。该公司1996年建设了世界上第一个大规模海底咸水层碳封存项目Sleipner，参与了bp在阿尔及利亚的InSalah咸水层封存项目，2008年建设了Snohvit项目。Equinor还是北极光项目的主要承建商，项目一期计划于2024年年中完成，届时将可每年永久封存150万吨二氧化碳，项目二期的碳储存能力将扩展至每年500万吨以上。此外，Equinor从2012年开始运营蒙斯塔德（Mongstad）技术中心，这是世界上最大、最灵活的测试和改进二氧化碳捕集技术的工厂。
  阿布扎比国家石油公司（ADNOC）在运行世界上最大规模的80万吨/年钢铁厂CCUS项目AlReyadah的基础上，2023年9月宣布将开发中东和北非地区最大的CCS项目之一——Habshan项目，该项目将有能力在地下深处的地质构造中每年捕集和永久封存150万吨二氧化碳。此外，该公司还开发了Hail和Ghasha海上CCS项目，并与澳大利亚桑托斯公司（Santos）合作，利用桑托斯在安全运输、捕集和封存碳方面的综合经验，推广未来的碳管理技术应用。今年11月，ADNOC宣布将继续发挥其在安全捕集和永久封存二氧化碳方面的先锋作用，将在2045年之前加速实现净零排放，并在2030年之前实现每年1000万吨CCS储存容量的目标。
  不容小觑的是，亚洲的印尼国家石油公司（Pertamina）、马来西亚国家石油公司（Petronas）等都在打造亚太地区的CCS中心，并与发达国家石油公司合作开展大规模CCS项目。
  我国CCS产业发展前景广阔
  在我国，CCUS全产业链发展雏形已经显现。我国油气企业已开展了多个二氧化碳驱油和封存的先导性示范项目，积累了大量的科研技术与工程经验。值得注意的是，CCUS技术路径中的地质利用与封存涉及的主要环节与油气开采过程高度重合，均涉及地质勘探、钻完井、注入流体、储运、监测等。可以说，二氧化碳地质封存是油气勘探开发的逆过程。油气公司所具有的勘探开发技术可以快速转移到CCS技术的应用中。同时，油气公司掌握着地下数千米深部最为详细的地质、地球物理基础资料，可以大幅降低CCS项目的开发成本。因此在技术层面上，油气企业开展CCUS项目具有先天优势。
  在碳中和情景下，我国将迈上一条全新的绿色低碳发展道路。但需要注意的是，目前我国由于缺乏类似美国45Q的CCS激励政策，因此开展CCS/CCUS项目的驱动力仍不足。未来我国发展CCS技术，需要出台有效的激励政策，使得CCS/CCUS项目可以良性运行；同时，企业需要对二氧化碳驱油进行超前布局和投入，提高项目的技术水平，建设符合ISO国际标准的CCS/CCUS项目，为我国的绿色低碳输出和技术服务“一带一路”沿线国家奠定基础。
  如果说化石能源的开发在推动全球科技进步、经济发展和文明的同时，成为许多国家经济发展的支柱与大工业，那么将工业革命以来累积排放的二氧化碳深埋地下与大气隔离，或者从大气中移除，也将形成与化石能源产业同样的大工业。毫无疑问，COP28的共识将推动CCS技术的快速发展与全球部署，中国也需要加快CCS技术研发、商业化部署和激励政策的出台，使我国在CCS产业发展领域成为全球的引领者。
  （作者系西北大学教授、二氧化碳捕集与封存技术国家地方联合工程研究中心执行主任）