用碳“換”油，國內(nèi)首個(gè)百萬噸級(jí)CCUS(二氧化碳捕集、利用與封存)項(xiàng)目建成，即將全面投產(chǎn)——

2021年11月4日，位于山東省東營市東營區(qū)的勝利油田萊113區(qū)塊，員工在進(jìn)行二氧化碳注入作業(yè)。劉智峰攝(人民視覺)

齊魯石化第二化肥廠氣體聯(lián)合車間員工正在調(diào)控4000立方米二氧化碳球罐達(dá)到最佳工作狀態(tài)。曹業(yè)琦攝

二氧化碳捕集、利用與封存過程示意圖。圖表來源于網(wǎng)絡(luò)

節(jié)能降碳，不止靠種樹，也要靠技術(shù)。如今，二氧化碳捕集、利用與封存(CCUS)技術(shù)正日益受到國內(nèi)外關(guān)注。

CCUS是指將二氧化碳從工業(yè)或其他碳排放源中捕集，并運(yùn)輸?shù)教囟ǖ攸c(diǎn)加以利用或封存的技術(shù)，具有減排規(guī)模大、減排效益明顯的特點(diǎn)，被形象地稱為“碳捕手”。聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會(huì)指出，CCUS是確保實(shí)現(xiàn)《巴黎協(xié)定》氣候目標(biāo)的重要技術(shù)支撐，絕大多數(shù)氣候模式都需要以它實(shí)現(xiàn)深度減排目標(biāo)。

從全球來看，CCUS項(xiàng)目歐美發(fā)達(dá)國家布局較早，而中國也已進(jìn)入工業(yè)化示范階段。今年1月29日，中國石化集團(tuán)建設(shè)的國內(nèi)首個(gè)百萬噸級(jí)CCUS項(xiàng)目——齊魯石化-勝利油田CCUS項(xiàng)目建成中交，投產(chǎn)后每年可減排二氧化碳100萬噸，相當(dāng)于植樹近900萬棵、近60萬輛經(jīng)濟(jì)型轎車停開1年。

那么，這個(gè)中國目前最大的“碳捕手”具體是怎么工作的?CCUS在中國的前景如何?

“吃”進(jìn)二氧化碳，“吐”出石油

齊魯石化-勝利油田CCUS項(xiàng)目由兩部分組成：齊魯石化負(fù)責(zé)二氧化碳捕集，勝利油田負(fù)責(zé)二氧化碳驅(qū)油與封存。在因CCUS項(xiàng)目走到一起之前，兩家企業(yè)各有各的“煩惱”。

化工企業(yè)是碳排放大戶。由于產(chǎn)品特性，即使在改進(jìn)工藝和優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)后，化工企業(yè)仍需要消耗大量化石能源，從而有二氧化碳的剛性排放。因此，在全球低碳時(shí)代，化工、水泥、鋼鐵這些傳統(tǒng)行業(yè)的減碳?jí)毫Χ冈觥?/p>

對(duì)油田來說，如何創(chuàng)新發(fā)展大幅提高石油采收率技術(shù)，研發(fā)新的驅(qū)油方式迫在眉睫。要解決這個(gè)難題，其中一個(gè)思路就是利用高純度的二氧化碳。

一個(gè)想減碳，一個(gè)想求碳，雙方一拍即合。

“齊魯石化第二化肥廠煤氣化裝置排放的尾氣屬于優(yōu)質(zhì)的二氧化碳資源，不僅排放量大，而且提純后純度可達(dá)99%以上。”齊魯石化第二化肥廠氣體聯(lián)合車間主任耿濤告訴記者，通過深冷和壓縮技術(shù)，以及自主研發(fā)的捕集設(shè)備，齊魯石化每年可以回收100萬噸的二氧化碳。被捕集的這些二氧化碳會(huì)由專門的運(yùn)輸車輛運(yùn)往80公里外的勝利油田。在那里，10余座無人值守的注氣站將日夜不停地向附近的注入井加注這種新型“驅(qū)油神氣”。

“將收集的二氧化碳注入油層，可以增加原油流動(dòng)性，同時(shí)‘無孔不入’的二氧化碳也能把巖層縫隙中的原油‘驅(qū)趕’出來，從而大幅提高石油采收率。”中國石化高級(jí)專家、勝利油田CCUS項(xiàng)目部經(jīng)理陳軍表示，二氧化碳驅(qū)油的效率比水高40%，預(yù)計(jì)未來15年可實(shí)現(xiàn)增油近300萬噸。

更重要的是，通過置換油氣、溶解與礦化作用，注入的二氧化碳實(shí)現(xiàn)了地下封存。“一次封存率能到60%至70%。”勝利油田勘探開發(fā)研究院首席專家兼氣驅(qū)試驗(yàn)室經(jīng)理張傳寶說，小部分二氧化碳會(huì)隨著原油一塊采出，但仍會(huì)被勝利油田自主攻關(guān)研制的“伴生氣捕集回注系統(tǒng)”捕捉，重新注回油井，從而最終使封存率接近100%。由此，既能提高石油產(chǎn)量，還能減少二氧化碳向空氣中的排放，兼具生態(tài)效益與經(jīng)濟(jì)效益的CCUS項(xiàng)目，真正做到了“變廢為寶”。

中國石化集團(tuán)副總工程師兼齊魯分公司代表、黨委書記韓峰介紹說：“齊魯石化-勝利油田CCUS項(xiàng)目投產(chǎn)后可有力推進(jìn)化石能源潔凈化、潔凈能源規(guī)模化、生產(chǎn)過程低碳化，形成可復(fù)制、可推廣的石化經(jīng)驗(yàn)。”

降低成本、形成商業(yè)化模式是關(guān)鍵

對(duì)“碳捕手”們來說，成本與商業(yè)化問題始終是一個(gè)挑戰(zhàn)。只有形成各方都“有利可圖”的商業(yè)模式，才能吸引更多企業(yè)采用CCUS技術(shù)，推動(dòng)CCUS產(chǎn)業(yè)進(jìn)入自我良性循環(huán)。

以齊魯石化-勝利油田項(xiàng)目為例，CCUS的經(jīng)濟(jì)賬該怎么算?

簡(jiǎn)單來說，如果不考慮其他因素，勝利油田多產(chǎn)的原油，就是這條產(chǎn)業(yè)鏈上最終利潤(rùn)的來源。油田多產(chǎn)原油，有了收益，才愿意拿出一部分向上游齊魯石化購買二氧化碳。而只有這部分“買碳錢”大于齊魯石化進(jìn)行碳捕集和運(yùn)輸?shù)某杀荆嫌纹髽I(yè)才有動(dòng)力繼續(xù)做這件事。這是“用碳驅(qū)油”場(chǎng)景下最基礎(chǔ)的商業(yè)模式。

然而，原油價(jià)格隨國際市場(chǎng)有起有落，給整個(gè)項(xiàng)目收入帶來了不確定性。如何對(duì)抗市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)?無非節(jié)流、開源兩條路。

節(jié)流，就是從各個(gè)環(huán)節(jié)降低經(jīng)濟(jì)成本。耿濤告訴記者，比如在運(yùn)營環(huán)節(jié)，齊魯石化充分利用節(jié)能新技術(shù)，回收各環(huán)節(jié)余熱、余壓，提高裝置能量利用效率，既降低了運(yùn)行成本，也避免了“在減碳過程中增加碳排放”。又如在運(yùn)輸環(huán)節(jié)，勝利油田高級(jí)專家呂廣忠估算，目前通過罐車運(yùn)輸，1噸二氧化碳運(yùn)送1公里需要0.8元-1元，而使用管道運(yùn)輸成本至少能降一半左右。在談到項(xiàng)目下一步發(fā)展時(shí)，勝利油田工程建設(shè)管理部經(jīng)理孫寧松表示：“要按照中國石化統(tǒng)一部署，盡早啟動(dòng)并建成齊魯石化到勝利油田的二氧化碳輸送管道，進(jìn)一步降低運(yùn)輸成本，打造成可復(fù)制可推廣的CCUS全產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)痉痘睾蜆?biāo)桿工程。”

“總體來看，CCUS能夠?qū)⒍趸紡呐欧旁搭^攔截，稱得上減碳的‘強(qiáng)效藥’;由于技術(shù)環(huán)節(jié)多、工程復(fù)雜，目前還是一種成本很高的‘貴價(jià)藥’。”中國環(huán)境學(xué)會(huì)CCUS專委會(huì)副主任彭勃說，“但隨著材料化學(xué)等領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步和大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用，成本制約有望破除。”

開源方面，除了拓寬二氧化碳市場(chǎng)如應(yīng)用于建筑材料、農(nóng)業(yè)肥料、工業(yè)化學(xué)原料等之外，一些業(yè)內(nèi)人士也指出了碳排放交易體系的潛力。中國國際工程咨詢有限公司高級(jí)工程師張建紅建議將碳捕集量核定為碳匯量，納入全國碳交易市場(chǎng)進(jìn)行交易，通過碳匯項(xiàng)目補(bǔ)償機(jī)制保障CCUS項(xiàng)目穩(wěn)定的資金來源。

潛力巨大，不可或缺

“碳捕手”之所以重要，主要在于其不可或缺。

據(jù)中國工程院預(yù)測(cè)，2060年中國一次能源消費(fèi)量將達(dá)55.7億噸標(biāo)煤，其中化石能源消費(fèi)占比約26.8%，將產(chǎn)生27.1億噸的二氧化碳排放量。通過森林、草原、濕地等抵消16億-19億噸后，仍有10億噸左右的缺口。如果2060年中國要實(shí)現(xiàn)碳中和，這個(gè)缺口該由誰來填補(bǔ)呢?目前來看，以CCUS為代表的人工減碳固碳技術(shù)，是最有可能的候選。

正如清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院教授王燦所說：“樂觀情景下，可再生能源未來全面替代化石能源，能源系統(tǒng)的碳排放量將非常小，可以用農(nóng)林碳匯抵消，那么，我們對(duì)CCUS的依賴將非常小。但還有另一種情景，考慮能源安全、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、擱淺資產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)、電網(wǎng)穩(wěn)定性要求等，未來還需要依賴一定的化石能源，此時(shí)，要實(shí)現(xiàn)碳中和就必須部署相應(yīng)規(guī)模的CCUS項(xiàng)目。”

既然缺口如此大，中國的“碳捕手”們能擔(dān)此重任嗎?答案是：中國二氧化碳地質(zhì)封存的潛力巨大，且具備大規(guī)模捕集利用與封存的工程能力。由生態(tài)環(huán)境部環(huán)境規(guī)劃院牽頭編寫的《中國二氧化碳捕集利用與封存 (CCUS)年度報(bào)告(2021)》顯示，中國通過“用碳驅(qū)油”與“用碳換氣”技術(shù)，可分別封存二氧化碳約51億噸、90億噸，利用枯竭氣藏可封存約153億噸。

正是看到了“碳捕手”的可觀前景，世界各國開始紛紛上馬CCUS項(xiàng)目，美國、英國、日本、澳大利亞等國家紛紛制定政策鼓勵(lì)CCUS發(fā)展。據(jù)《劍橋能源論壇》雜志的數(shù)據(jù)，目前全球正在運(yùn)行中的CCUS裝置接近30座，碳捕集超過4000萬噸/年。國際能源署預(yù)測(cè)，全球利用CCUS減碳在2030、2035、2050年將分別達(dá)到16億噸、40億噸、76億噸，占2020年全球碳排放總量的4.7%、11.8%、22.4%，CCUS技術(shù)在未來全球減排降碳中將扮演重要角色。

在中國，CCUS行業(yè)也愈發(fā)受到重視。2021年，中國首次將開展CCUS重大項(xiàng)目示范納入國家“十四五”規(guī)劃;同年發(fā)布的《中共中央國務(wù)院關(guān)于完整準(zhǔn)確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達(dá)峰碳中和工作的意見》，CCUS被列入綠色低碳重大科技，并提出“推進(jìn)規(guī)?；疾都门c封存技術(shù)研發(fā)、示范和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用”;人民銀行推出的碳減排支持工具也為CCUS提供金融支持……

更多“碳捕手”正在如火如荼地建設(shè)：中國石油在今年2月啟動(dòng)300萬噸CCUS重大工程示范項(xiàng)目;廣匯能源300萬噸CCUS項(xiàng)目在今年3月正式開工建設(shè);中海油海上千萬噸CCUS集群項(xiàng)目已簽署諒解備忘錄……

“近兩年來，各個(gè)渠道圍繞碳中和在全民范圍內(nèi)做了很大的政策和科學(xué)普及，碳捕集利用與封存對(duì)于實(shí)現(xiàn)碳中和的重要性已被更廣泛地認(rèn)識(shí)到。”中國環(huán)境學(xué)會(huì)CCUS專委會(huì)秘書長(zhǎng)張九天說，“相信未來會(huì)有更多的激勵(lì)措施出臺(tái)。”