英國(guó)政府近日宣布，將在2020年代中期，投入運(yùn)營(yíng)首個(gè)碳捕捉、儲(chǔ)存以及利用(CCUS)項(xiàng)目，這也是英國(guó)應(yīng)對(duì)氣候變化的具體措施之一。

碳捕捉是將工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的二氧化碳收集起來，防止其進(jìn)入大氣，從而助力碳減排，我國(guó)也把“發(fā)展二氧化碳捕集利用與封存技術(shù)”正式寫入了《國(guó)家“十三五”科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃》。那么，現(xiàn)在的碳捕捉技術(shù)已發(fā)展成熟了嗎?各國(guó)研發(fā)的碳捕捉技術(shù)主要有哪些類型和不同點(diǎn)?應(yīng)用的難點(diǎn)在哪里?

盡管還不成熟，但已不是最前沿科技

CCUS技術(shù)由碳捕集、碳封存和利用三部分組成，碳捕集技術(shù)目前大體上分作三種：燃燒前捕集、燃燒后捕集和富氧燃燒捕集。燃燒前捕集技術(shù)主要是在燃料煤燃燒前，先將煤氣化得到一氧化碳和氫氣，然后再把一氧化碳轉(zhuǎn)化為二氧化碳，再通過分離得到二氧化碳;燃燒后捕集是將燃料煤燃燒后產(chǎn)生的煙氣分離，得到二氧化碳;富氧燃燒捕集是將二氧化碳從空氣中分離出來，得到高濃度的氧氣，再使燃料煤進(jìn)行充分燃燒后，捕獲較為充足的二氧化碳。

碳封存是指捕捉到的二氧化碳通過公路、鐵路、管道和船舶等方式來運(yùn)輸，而管道運(yùn)輸被認(rèn)為適用于大批量的二氧化碳運(yùn)送，經(jīng)濟(jì)性較好。封存二氧化碳，一般要求注入距離地面至少800米的合適地下巖層，在這樣的深度下壓力才能將二氧化碳轉(zhuǎn)換成“超臨界流體”，使其不易泄漏;也可注入廢棄煤層和天然氣、石油儲(chǔ)層等，達(dá)到埋存二氧化碳和提高油氣采收率的雙重目的。

盡管從目前來看，CCUS技術(shù)還不成熟，但是煤炭信息研究院能源安全研究所能源經(jīng)濟(jì)中心主任孫超表示，CCUS已經(jīng)不算產(chǎn)業(yè)鏈上最前沿的科技了，在CCUS方面業(yè)界有物理法和化學(xué)法，國(guó)內(nèi)常用的是低溫甲醇提取，技術(shù)難度并不大。但碳捕捉及封存成本高昂，阻礙了其大規(guī)模推廣。

CCUS技術(shù)的主要工藝環(huán)節(jié)在美國(guó)等國(guó)家都有很長(zhǎng)時(shí)間的使用歷史。如聚乙二醇二甲醚和低溫甲醇提取是燃燒前捕集技術(shù)的兩大工藝，從20世紀(jì)50—60年代就開始投入商業(yè)應(yīng)用，目前全球已有上百個(gè)項(xiàng)目正在使用這樣的技術(shù)。

不斷研發(fā)中的新技術(shù)，市場(chǎng)前景看好

CCUS技術(shù)中的碳捕集可分為化學(xué)吸收法、物理吸附法、膜分離法、化學(xué)鏈分離法等。其中，化學(xué)吸收法被認(rèn)為市場(chǎng)前景最好，受重視程度也最高。

不過，相應(yīng)的新技術(shù)也在不斷研發(fā)中。如中國(guó)科學(xué)院武漢巖石力學(xué)所二氧化碳地質(zhì)封存學(xué)科組正在開發(fā)“二氧化碳驅(qū)采水”技術(shù)，其原理是通過二氧化碳的提取把地下水置換出來，在置換過程中，二氧化碳被封存到地下。置換出的咸水如同石油一樣，可從中提取有價(jià)值的元素或把水淡化處理后用于生產(chǎn)生活。“依據(jù)我國(guó)國(guó)情，我們選擇的最佳應(yīng)對(duì)方案是‘二氧化碳驅(qū)采水’技術(shù)。這會(huì)讓二氧化碳的封存與利用相得益彰。”中科院武漢巖石力學(xué)所研究員李琦告訴科技日?qǐng)?bào)記者，我國(guó)已基本掌握“二氧化碳驅(qū)采水”的技術(shù)要領(lǐng)。

據(jù)《應(yīng)用化學(xué)》周刊報(bào)告，美國(guó)能源部下屬橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的科研人員合成出一種簡(jiǎn)單的胍類化合物，將這種化合物的水溶液放置于空氣中就會(huì)形成晶體，其中包含了碳酸鹽，這說明空氣中的部分二氧化碳被捕獲了。“通過新方法，我們通過將晶體加熱到80—120攝氏度來釋放與化合物結(jié)合的二氧化碳，這種方式比傳統(tǒng)碳捕捉更溫和。”參與研究的拉杜·卡斯特爾辛說，加熱后，晶體還可恢復(fù)成最初的胍類化合物，并可循環(huán)利用3次，這使得碳捕捉成本大幅降低。

成本高昂、缺乏全流程示范經(jīng)驗(yàn)

CCUS示范項(xiàng)目的成本相對(duì)較高，是阻礙其發(fā)展的主要原因。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前CCUS示范工程投資額都在數(shù)億元人民幣的規(guī)模，而且，在現(xiàn)有技術(shù)條件下，引入碳捕集后每噸二氧化碳將額外增加140—600元的運(yùn)行成本。如華能集團(tuán)上海石洞口捕集示范項(xiàng)目的發(fā)電成本就從大約每千瓦時(shí)0.26元提高到0.5元。

仍有待提升的CCUS技術(shù)水平，是制約其發(fā)展的又一障礙。在我國(guó)，CCUS試驗(yàn)示范還處于起步階段，缺乏大規(guī)模、全流程示范經(jīng)驗(yàn)，特別是在現(xiàn)有CCUS技術(shù)條件下，企業(yè)部署CCUS將使一次能耗增加10%—20%，效率損失大。

不過，國(guó)際能源署(IEA)2018年12月發(fā)布報(bào)告稱，煤炭消費(fèi)量持續(xù)穩(wěn)健情況下，為了達(dá)到氣候行動(dòng)目標(biāo)，就必須使用碳捕捉、封存與利用這一新興技術(shù)。IEA署長(zhǎng)法提赫·比羅爾表示：“簡(jiǎn)單來說，要實(shí)現(xiàn)我們的可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)，沒有CCUS將不會(huì)有未來。”