來源：交彙點新聞客戶端

交彙點訊 2020年，中國向世界承諾：二氧化碳排放力争于2030年前達到峰值，努力争取2060年前實現碳中和。如何才能實現二氧化碳“淨零排放”目标？國際公認有效促進碳減排的措施——碳捕集、利用與封存（CCUS）頗受關注。 近日，中國石化宣布将開啟我國首個百萬噸級CCUS項目建設——齊魯石化-勝利油田CCUS項目，預計年底投産，建成後将成為國内最大CCUS全産業鍊示範基地。什麼是CCUS技術？其對實現碳中和來說意味着什麼？《科技周刊》記者采訪到相關專家，揭秘此技術如何變碳為寶。

不讓資源放錯位置

化石能源燃燒後往往會産生大量二氧化碳，大氣中二氧化碳的濃度上升，導緻溫室效應加劇，可能帶來一系列氣候異常事件和全球生态系統失衡。那麼，能否将燃燒後産生的二氧化碳“捉住”，并将其“轉移”到其他的應用場景中，從而實現“物以緻用”呢？“搭建人工碳循環，這實際上正是CCUS技術所做的事。”江蘇省能源研究會理事長、東南大學能源與環境學院院長肖睿告訴《科技周刊》記者，CCUS是指把生産過程中排放的二氧化碳進行捕獲提純，繼而投入到新的生産過程中進行循環再利用或封存的一種技術。其中，第一個步驟碳捕集是指将大型發電廠、鋼鐵廠、水泥廠等排放源産生的二氧化碳收集起來，并用各種方法儲存，以避免其排放到大氣中。 那麼，我們“千辛萬苦”收集到的二氧化碳應該“何去何從”？“我們可以将收集到的二氧化碳進行資源化利用，如轉化為化學品等；同時，還可以将二氧化碳壓縮後深埋地下或者海底。”南京工業大學材料化學工程國家重點實驗室教授周瑜介紹，實際上，人類活動（如化石燃料燃燒等）排放的大量碳一部分最終會進入海洋，因此将捕集後的碳深埋海底其實也是人類效仿自然碳循環中的一項。“因為壓縮後的液體二氧化碳密度比水大，因此将其放置海底後一般不會浮起。當然，這也并非是萬無一失的，一旦遇到海嘯等地殼強烈運動，二氧化碳則很可能重新被釋放到空氣中。” 除此之外，年底即将投産的齊魯石化-勝利油田CCUS項目中，“把碳封地下，把油驅出來”技術也是實現二氧化碳捕集、驅油與封存一體化應用示範。肖睿告訴記者，以前我們想要采到地下的油主要使用“水驅”的方式，即将水注入地下，将油“趕”出來。而“封碳驅油”是指将二氧化碳壓縮成液體後，代替原先驅油用的水。“我們将壓縮後的液體二氧化碳注入地下，既實現了二氧化碳的封存，同時也實現了采油。”肖睿表示，把齊魯石化捕集的二氧化碳，運送至勝利油田進行驅油封存，這種一舉兩得的方式大大降低了采油和碳封存的成本。

新技術降低捕集成本

全球氣候變暖問題加劇，CCUS技術被看作是最具發展前景的解決方案之一。然而，這一技術目前最大困境在于成本太高。“在碳捕集、利用與封存全流程中，捕集分離的成本占約70%。”肖睿介紹，根據燃燒狀态不同，碳捕集目前主要有三種方式，分别是燃燒前脫碳、燃燒中脫碳和燃燒後脫碳。燃燒前脫碳（即前端脫碳）是指将煤氣化後将二氧化碳和氫分離，即煤制氫的過程。這種脫碳方式實際上最後我們燃燒的不是碳，而是氫；燃燒中脫碳則主要是利用氧和碳生成二氧化碳的原理進行碳捕，但前提要求使用富氧而非空氣進行燃燒。“這兩種方式成本較高，能耗也較高，所以目前大部分采用的是燃燒後脫碳技術。” 據了解，燃燒後脫碳技術的常規方式是醇胺法，即用醇胺溶液先吸收煙氣中的二氧化碳，随後再通過加熱再生的方式将捕集到的二氧化碳脫附收集。“盡管這種方式吸附容量大，分離比高，但是脫附再生能耗大，從經濟成本上來說不太劃算。”周瑜告訴《科技周刊》記者，相比于化學吸收法，利用固體材料進行二氧化碳物理吸附近年來在碳捕集領域備受青睐。 7月中旬，南工大材料化學工程國家重點實驗室、化工學院王軍教授課題組合成自成型含鐵絲光沸石吸附劑，其突破性成果被《科學》（Science）雜志刊發。“和化學吸收不同，我們這項成果的捕集是物理作用，含鐵絲光沸石吸附劑在吸收二氧化碳後，很容易脫附解吸二氧化碳。相比于醇氨溶劑的逆反應，成本更低。”作為此論文的第一作者，周瑜解釋，這項成果所用到的沸石材料成本非常低，并且在合成後無需再成型，因此非常環保；此外，通常在分離過程中，實際氣體中都有水汽，有的吸附劑遇水不穩定，大部分吸附劑的親水性導緻分離二氧化碳時受水汽幹擾嚴重。因此，常常需要先幹燥再吸附，而含鐵絲光沸石吸附劑分離性能不受水汽幹擾，且可以反複循環使用。 實驗顯示，團隊合成的含鐵絲光沸石吸附劑在室溫298 K、1個大氣壓條件下，其吸附量為219立方厘米每立方厘米，是迄今報道的最高值。更重要的是，所得材料對氩氣、氮氣、甲烷等表現出良好的篩分能力，其分離效率比工業基準13X沸石吸附劑高出多個數量級。就能耗而言，當下的工業基準13X沸石吸附劑在分離二氧化碳/甲烷(50/50)混合氣時，回收一公斤二氧化碳需要消耗0.97兆焦能量，而這種新型吸附劑每吸附一公斤二氧化碳僅需消耗0.7兆焦能量。“在純度相同的情況下，我們的吸附劑對二氧化碳的回收率大于95%，甲烷的回收率能從61.9%提升到96.9%。”王軍說。 “相較于氣液系統，氣固系統的優勢在于能耗低，降低碳捕集成本。”肖睿介紹，今年6月，東南大學能源與環境學院參與的國内規模最大燃煤電廠二氧化碳捕集示範工程成功投運，此項目中所用到的千噸級燃煤煙氣二氧化碳固體吸附工業驗證系統也正是利用碳酸鈉顆粒對二氧化碳進行吸附。“在還原二氧化碳時，溶液氣化反應時需要将溶劑加熱，因此能耗大，而顆粒加熱能耗則要低很多，成本也相應下降。”肖睿說。

碳中和下催生新風口

炎熱的夏天，人們喜歡喝些汽水解暑，但可能很多人都不知道，碳酸飲料中充入的二氧化碳也許就源自碳捕集。“對捕集後的碳進行純化，當達到人體能夠接收的範圍後便可以用作食品級二氧化碳，并将其充入啤酒、飲料等中。”肖睿介紹，二氧化碳的資源化利用方式有很多，例如有科研人員用捕集到的二氧化碳進行藻類養殖。“植物光合作用需要二氧化碳，并且藻類繁殖快，光合作用效率高，因此二氧化碳的需求量也比較大。”此外，在化工領域，二氧化碳還可以與氫發生化學反應，從而生成甲醇，甲烷等燃料或化學品。 将溫室氣體二氧化碳轉化為可以利用的“寶貝”——發展CCUS技術已成為多個國家碳中和行動計劃的“必行之路”。 數據顯示，目前全球正在運行的大型CCUS示範項目有26個，每年可捕集封存二氧化碳約4000萬噸。國際能源署預測，本世紀末要實現全球氣溫升幅控制在2℃以内的目标，9%的碳減排需要依靠CCUS；實現1.5℃以内的目标，32%的碳減排任務需要依靠CCUS。預計到2050年，CCUS将貢獻約14%的二氧化碳減排量，市場應用前景廣闊。 “碳中和涉及的面非常廣，而CCUS無疑是碳中和領域的關鍵環節之一。”周瑜認為，想要實現“淨零排放”目标，就需要将二氧化碳捕集利用效率提升上去。“效率提上去，成本自然降下來。” “高能耗導緻的高成本是目前CCUS發展的瓶頸之一。能否利用可再生能源進行加熱，從而降低其能耗，也是許多業内人士正探索的方向。”肖睿表示，相信技術成熟後，規模化應用會使其成本大大降低。 新華日報·交彙點記者 謝詩涵 實習生 江舒庭

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