碳捕集、利用與封存——低碳園區邁向零碳園區的“最后一公里”

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（本文發表于2025年第3期）

> 呼吸之間 視覺中國 / 供

零碳園區，“零碳與園區，最完美的組合，最創新的理念。”英國政府《2008年氣候變化法案》指出，零碳是在某個過程或環節中，碳排放量為零， 聚焦于碳排放的絕對平衡，通過技術手段和生態補償使碳排放與碳吸收完全抵消。在城市尺度上，園區上接城市，下連建筑樓宇這個城市最小的組成單元。園區是某幾個建筑形成的群體，建筑單體完成從低碳到零碳的目標，便是園區實現從低碳到零碳的目標。碳中和技術的每次創新，都極大地推動人類早日實現碳中和。碳捕集、利用與封存技術CCUS（Carbon Capture, Utilization and Storage）是碳中和最為關鍵的技術，可以實現零碳排放或負碳排放。如今，CCUS 技術便是從低碳到零碳、從低碳園區到零碳園區的“最后一公里”

從綠色、低碳到零碳

“綠色”，最初是為了解決環境保護和生態平衡問題而提出的一系列環保措施和理念，形容對自然環境具有友好和保護作用的事物或做法；“低碳”“零碳”概念起源于2003年聯合國環境署報告《減少全球溫室氣體排放：機會和挑戰》。自2020年9月22日第75屆聯合國大會上，中國向世界承諾2060年前力爭實現“碳中和”目標后，為了穩步快速實現“碳中和”目標而正式提出“低碳”“零碳”理念。“低碳”是為降低碳排放，應對全球變暖而提出的理念，是實現零碳的階段性任務；“零碳”是低碳發展的終極目標，以2060年作為我國“ 碳中和” 節點， 也稱為“零碳”點，“零碳”概念包含目前已達“零碳”和未來在2060年達到“零碳”。在“碳中和”定義中強調“ 凈零”， 通常指“凈零碳排放”，主要是指二氧化碳、甲烷等所有溫室氣體要求在特定時間段內實現排放與清除的總量平衡。

> 中國碳排放轉型時間線：

從達峰攻堅到中和決勝

從綠色園區、低碳園區到零碳園區

綠色園區：國家發展和改革委員會、 住房和城鄉建設部、環境保護部等部門2016年發布《綠色園區規劃建設指南》，以可持續發展為目標，以生態優先、資源節約、環境友好、社會和諧為基本理念，通過綜合規劃、科學設計、系統管理等手段，促進城市經濟、社會和環境協調發展的園區。

低碳園區：國務院2009年發布《關于加快發展低碳經濟的若干意見》，通過應用先進的節能技術和清潔能源技術，采取低碳、環保、可持續的發展模式，降低園區內企業和機構的碳排放和能源消耗，促進經濟、社會和環境的協同發展。

零碳園區：《零碳高能效區域能源系統術語》T/CEEIA 給出了“零碳園區”概念，在一定區域范圍內，通過能源、產業、建筑、交通、廢棄物處理及生態等多領域技術措施的集成應用和管理機制的創新實踐，實現區域范圍全生命周期碳中和的綜合型示范工程。

零碳園區的概念來源于國際社會推動低碳經濟發展的需求。自我國提出2060年實現“碳達峰、碳中和”目標以來，低碳園區、零碳園區逐漸在中國興起。隨著全球氣候變化和環境問題的日益嚴峻，各國開始重視碳減排和可持續發展問題，零碳園區作為低碳經濟的一種嘗試，在此背景下得以誕生。

“零碳園區”的建設：我國工業園區建設始于1979年，目前已經形成由點到面、由沿海向內地的推進式發展趨勢；2013年9月，我國正式組織開展國家低碳工業園區試點工作（工信部聯節函〔2013〕408號），通過試點建設，大力使用可再生能源，加快重點用能行業低碳化改造，推廣一批適合我國國情的工業園區低碳管理模式；2015年，國家工業和信息化部、發展改革委同意天津經濟技術開發區等39家國家低碳工業園區試點實施方案（工信部聯節函〔2015〕450號）；2024年12月，中央經濟工作會議首次提到“零碳園區”的概念，強調建立一批零碳園區，這標志著我國工業園區實現了從高碳向低碳轉型，即將再由低碳向零碳轉型升級。

> “碳排放達峰”和“碳中和”概念

碳中和的關鍵技術

CCUS技術如同工業系統的“空氣凈化器+ 資源回收站”，能將工廠排放的二氧化碳過濾收集，再轉化為工業原料或封存在地下倉庫。

> CCUS流程示意圖

碳捕集：工業排放的精準攔截。碳捕集是CCUS技術的核心環節，通過物理或化學方法從工業尾氣或大氣中分離出二氧化碳。若把工廠排放的二氧化碳比作散落的沙子，吸附劑或胺溶液就像一張特制的網，專門將沙子“捕捉”住，防止它們隨風飄散。碳捕集環節包括化學吸收捕集、吸附捕集、膜分離捕集、直接空氣捕集等技術。

> 碳捕集技術“三劍客”

碳運輸：二氧化碳的“物流專線”。碳運輸是連接捕集、利用與封存的關鍵紐帶，需兼顧安全性與經濟性。目前，管道運輸是固定物流專線（類似輸油管道）最成熟的方式，將高壓液態二氧化碳（壓力8~15兆帕，溫度約-20℃）通過專用管道輸送至使用、封存地，運輸成本與距離相關，短途（<100千米）成本約1.5~3美元/噸，長途（>500千米）可達8美元/ 噸；管道運輸的挑戰包括腐蝕風險與公眾接受度，需嚴格監測是否泄漏。船舶運輸采用跨海集裝箱貨輪（需特殊冷凍貨柜），適用于跨區域或跨境封存，將液態二氧化碳（溫度-50℃）通過專用船舶運輸，成本約5~15美元/ 噸；船舶運輸需要依賴港口基礎設施與液化終端，其技術難點在于低溫儲存與裝卸過程的安全性，需配備專業制冷設備。罐車運輸相當于快遞小火車，適用于小規模項目或短途運輸，成本較高（約10~20美元/ 噸）；罐車靈活性強，但運輸受限于道路條件，且運輸途中存在泄漏風險。

碳利用：工業原料的“魔法轉化”。捕集的二氧化碳運輸到指定地方可以作為工業原料，通過直接或間接利用發揮作用。碳利用是指通過工程技術手段將捕集的二氧化碳實現資源化利用的過程，利用方式包括礦物碳化、物理利用、化學利用和生物利用，等等。

碳封存：給二氧化碳找個安全的“家”。碳封存是CCUS的最終環節，按照封存地或封存形態差異，主要包括地質封存、 海洋封存、礦化封存三大類。地質封存是將二氧化碳注入地下鹽層、枯竭油氣田或煤層，鹽層封存容量最大，枯竭油氣田封存可利用現有基礎設施，但需評估地層的密封性；海洋封存將是二氧化碳注入深海（>3000米）或海底沉積物中，利用高壓環境穩定儲存，從理論上講，海洋可封存全球千年的碳排放量，但存在生態風險；礦化封存是通過二氧化碳與堿性巖石（如橄欖石、玄武巖）反應生成碳酸鹽礦物，實現永久固碳，無需長期監測，但反應速率較慢（需數百年）。

BECCS 系統：進階技術延伸。在基礎CCUS技術之外，科學家還開發出與生物質能聯動的增強版本——生物質能碳捕集與封存BECCS(Bio-Energy with Carbon Capture and Storage）。就像給普通凈化器裝了植物過濾網，BECCS 更顯特殊功效，相當于用植物作為吸碳海綿：植物生長時吸收二氧化碳（如同海綿吸水），燃燒發電時用CCUS技術捕捉排放的二氧化碳（擠出的水分被回收），最終實現“吸碳＞排碳”的負排放效果。利用植物的光合作用，將大氣中的二氧化碳轉化為有機物，并以生物質的形式積累儲存下來，這部分生物質可以直接用于燃燒產生熱量，或者通過化學反應合成其他高價值的清潔能源。生物質燃燒和化學合成過程中產生的二氧化碳，被認為是植物生長過程中所儲存的二氧化碳釋放出來，這一過程屬于“凈零排放”；然后利用CCUS技術捕獲釋放出來的二氧化碳，將其進一步壓縮和冷卻處理后，用船舶或管道輸送，最后注入合適的地質構造中永久儲存，這一過程屬于“負排放”。因此，BECCS技術是一種負排放技術，利用BECCS進行二氧化碳負排放的潛力更大。如果生物質廢棄物沒有得到有效利用，在自然分解的情況下，將釋放出甲烷等溫室效應更強的氣體，因此，在發展BECCS 技術的同時還可以解決我國城鄉各類有機廢棄物無害化、減量化處理問題。在全面推進鄉村振興戰略的大背景下，未來生物質能發展將要走一條“農業—環境—能源—農業”綠色低碳閉合循環發展之路，在發電利用和非電利用上，BECCS都扮演著重要角色，促進鄉鎮能源結構整體提升。

> CCUS和BECCS技術全流程體系圖：

從碳源到封閉的閉環管理

CCUS技術應用實踐

挪威Sleipner油田是全球較早的CCUS項目之一，自1996年運行至今，每年將100萬噸油田中的二氧化碳分離（相當于25萬輛汽車的年排放量），通過特制管道注入海底1000米深的咸水層，至今已安全封存超2000萬噸二氧化碳，這相當于抵消了上海城區3年的交通碳排放量，證明了CCUS在長期減排中的可靠性。美國的Petra Nova燃煤電廠被稱為“會呼吸的火電廠”，它是全球最大燃煤電廠的CCUS項目，運行于2017—2020年，它使用胺溶液捕集技術每年捕獲140萬噸二氧化碳，并將其輸送30千米用于油田增產，既實現減排又創造了經濟價值，然而，由于油價波動和維護成本高昂，該項目于2020年暫停，這提醒我們在推廣CCUS時需平衡技術與經濟。中國齊魯石化-勝利油田CCUS工程于2022年投運，是國家級示范項目，它將煉化尾氣中的二氧化碳提純至99%以上，建成國內首條109千米超臨界二氧化碳輸送管道，每年將100萬噸二氧化碳注入地下2800米深的咸水層，相當于上海5平方千米森林一年的固碳量，這標志著中國在CCUS技術上的重大突破，為零碳園區提供了本土化范例；2023年，中國新疆維吾爾自治區發展改革委核準批復了克拉瑪依中國石油新疆油田分公司2×66萬千瓦煤電+可再生能源+百萬噸級CCUS一體化示范項目。該項目通過配套的百萬噸級二氧化碳捕集系統，回收燃煤機組煙氣中的二氧化碳，并用于二氧化碳驅油，提高原油采收率，這也是目前全國規模最大的從煤電煙氣碳捕集到油田利用與封存全產業鏈示范項目，有助于構建石油增產和碳減排的“雙贏”格局。

CCUS技術面臨的挑戰

如果把CCUS 技術比作給地球安裝“空氣凈化器”，那么現在這臺凈化器還需要突破“貴、難、疑”等重關卡。

想象一下，用吸管喝珍珠奶茶，但將珍珠換成二氧化碳，吸管還是漏的，這就是當前碳捕集的困境。在山東某電廠，工人們給煙囪裝上“分子吸管”（胺溶液）來捕捉二氧化碳，而僅是給這些“吸管”加熱再生，就要消耗整個電廠15%的電力。更頭疼的是，這些“吸管”用半年就會“老化”（溶劑降解），每年更換材料就要花費上千萬元。幸運的是，科學家正在研發測試一種新型納米膜“超級吸管”，它的表面布滿比頭發絲還細千倍的通道，能像用安檢儀識別危險品那樣精準篩出二氧化碳。更奇妙的是，這種膜在陽光照射下能自動升溫，省去了傳統加熱所需的能耗。

目前給二氧化碳“買票坐車”的成本（CCUS成本），比它本身“票價”（碳交易價格）貴3倍。以甘肅某CCUS項目為例，捕獲1噸二氧化碳要花500元，但在碳市場只能賣出70元，相當于花100元買1瓶礦泉水。這迫使企業想出各種“副業”：在陜西，工廠把捕集的二氧化碳用于制作滅火器；在廣東，二氧化碳被注入混凝土，蓋成的樓房每平方米能“鎖”住30千克的碳。隨著CCUS技術的進步，捕獲二氧化碳的成本逐年降低。據國際能源署（IEA）2024報告，2024年之后，齊魯石化項目等部分CCUS項目，碳捕集價格已降至300元/噸。

> 失衡的環保天平：

CCUS成本與碳交易收入之懸殊

低碳園區邁向零碳園區的“最后一公里”

CCUS是最終消納二氧化碳的神奇技術。國際能源署發布《2020年能源技術展望：碳捕集、利用與封存特別報告》指出，到2070年全球要實現碳凈零排放，除能源結構調整之外，工業和運輸行業仍有29億噸二氧化碳無法去除，需要利用CCUS進行儲存和消納。CCUS在通往碳凈零排放道路上的發展潛力巨大，2050—2070年全球要實現碳零凈排放目標，CCUS的部署規模需要擴大近50%。

CCUS是唯一能夠直接減少二氧化碳排放量的技術。CCUS能減緩現有能源基礎設施的碳排放，比如，CCUS可以對現有的發電廠和工廠進行改造升級，否則這些發電廠和工廠在未來50年將排放6000億噸二氧化碳；CCUS可為面臨較大碳減排壓力的行業提供解決方案，比如，CCUS是水泥生產過程中碳減排的唯一技術解決方案，也是降低鋼鐵和化學品制造過程中碳排放的最具成本效益的技術方法；CCUS是低碳制氫的有效途徑，可以支持低碳制氫生產規模的快速擴大，以滿足交通、工業、建筑當前和未來的能源需求；CCUS可以通過去除大氣中的碳，抵消無法直接避免或減少的碳排放，助力構建碳凈零排放能源系統。

CCUS助力能源行業低碳發展，“減排不是減生產力”。傳統的火力發電作為發電的主要方式，無法避免產生二氧化碳等溫室氣體。因此，在力求實現“碳達峰、碳中和”目標，即降低碳排放的背景下，CCUS是“兜底”封存二氧化碳的有效措施。

> CCUS技術路線圖

盡管面臨技術、經濟、社會的多維挑戰，CCUS作為碳中和“技術拼圖”中不可替代的板塊，正經歷著從示范工程（2011—2022年）到商業應用（2021—2030年），再到基礎設施（2031—2040年）的躍遷。正如電動汽車突破電池成本閾值后迎來爆發式增長，CCUS技術一旦跨越60美元/噸的成本拐點，將激活萬億級碳管理市場。在低碳園區向零碳園區的沖刺中，CCUS既是突破碳排放“硬骨頭”的破壁機，更是構建循環經濟的新引擎——這“最后一公里”的跨越，終將重塑人類與碳元素的相處之道。

作者： 嚴禎榮 李 碩 李宣洋 金清怡

編輯： 何陳臨秋

排版： 何陳臨秋

審核： 刁淑娟

官網： https://kpwhbjb.cgl.org.cn