給“碳捕手”裝上綠色引擎

網(wǎng)友：世界氣象組織近日發(fā)布的最新《溫室氣體公報》顯示，2024年大氣中的二氧化碳濃度升至歷史新高。有什么技術(shù)手段可以應(yīng)對這一問題，減緩全球變暖趨勢？

 

編輯：黨的二十屆四中全會提出“以碳達(dá)峰碳中和為牽引，協(xié)同推進(jìn)降碳、減污、擴(kuò)綠、增長，筑牢生態(tài)安全屏障，增強(qiáng)綠色發(fā)展動能”。中國科學(xué)技術(shù)協(xié)會發(fā)布的十大工程技術(shù)難題，“新一代低能耗低成本碳捕集與封存技術(shù)”入選。本期我們邀請中國華能集團(tuán)清潔能源技術(shù)研究院有限公司副總工程師郜時旺，介紹該技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，展望該技術(shù)落地前景。

 

“捕捉”二氧化碳并加以利用或封存，幫地球有效“降溫”

 

CCUS（二氧化碳捕集、利用與封存）是指將二氧化碳從工業(yè)生產(chǎn)、能源利用過程或大氣中分離出來并加以利用，或注入地下以實(shí)現(xiàn)永久減排的過程。

 

煤炭、石油、天然氣等化石能源是經(jīng)濟(jì)社會高速發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。但是，其在利用過程中釋放出的二氧化碳等溫室氣體，是導(dǎo)致全球氣候變化的主要原因。今年夏天以來，全球多地氣溫破紀(jì)錄，極端天氣頻發(fā)。按停地球“升溫鍵”，迫在眉睫。

 

如何在保障能源安全和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時，幫地球有效“降溫”？

 

CCUS技術(shù)，正在擔(dān)起“碳捕手”的重任。這項(xiàng)技術(shù)能從工業(yè)煙囪、電廠廢氣中“捕捉”二氧化碳，或?qū)⑵滢D(zhuǎn)化為綠色產(chǎn)品再利用，或“打包封存”到地下。

 

發(fā)展這項(xiàng)技術(shù)既能解近渴：在短中期內(nèi)大幅削減大型點(diǎn)源排放，保障能源系統(tǒng)平穩(wěn)轉(zhuǎn)型；也能紓遠(yuǎn)憂：衍生出的負(fù)碳排放技術(shù)，為實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)提供技術(shù)支撐。

 

聽上去很神奇的“碳捕手”，為何不易推廣應(yīng)用？

 

應(yīng)用CCUS技術(shù)，首先要捕集排出的二氧化碳，這一環(huán)節(jié)的重點(diǎn)是二氧化碳吸收劑。在電力、水泥、鋼鐵等生產(chǎn)過程排放的煙氣中，二氧化碳含量僅占10%—20%，這就需要具備高吸收能力的吸收劑。它就像一塊神奇的“海綿”，快速地將煙氣中的二氧化碳吸收并“鎖住”，當(dāng)吸收達(dá)到一定程度后，再通過施加外力，將二氧化碳“擠”出來，進(jìn)行后續(xù)利用或封存。

 

技術(shù)發(fā)展道路上，會有不少難題。目前主流的“化學(xué)吸收法”能耗驚人，成本也居高不下，我國當(dāng)前低濃度煙氣的碳捕集成本為250—450元/噸，算上運(yùn)輸和封存，總成本可達(dá)350—600元/噸。此外，目前世界上大多數(shù)封存項(xiàng)目應(yīng)用時間較短，長期封存的安全性還需進(jìn)一步驗(yàn)證。

 

在全球碳中和的浪潮下，CCUS技術(shù)得到越來越多的重視。發(fā)揮CCUS技術(shù)的潛能，必須給“碳捕手”裝上更強(qiáng)勁、更高效的“綠色引擎”——新一代低能耗低成本的碳捕集與封存技術(shù)，在捕捉環(huán)節(jié)大幅降低能耗，在利用環(huán)節(jié)深度挖掘價值，讓CCUS技術(shù)真正成為節(jié)能減碳的利器。

 

我國新一代CCUS技術(shù)不斷成熟，走向世界舞臺

 

過去近20年，我國走出了一條從跟跑到領(lǐng)跑的突圍之路，創(chuàng)造了多項(xiàng)世界第一，為新一代CCUS技術(shù)提供了中國經(jīng)驗(yàn)。

 

人工智能賦能，突破核心材料。借助“高算力+機(jī)器人”的自動化平臺，通過機(jī)器高速篩選和算法快速迭代研發(fā)吸收劑，新材料的開發(fā)速度和命中率都大幅提高。新型兩相型二氧化碳吸收劑突破了液體材料需要整體加熱的瓶頸，吸收二氧化碳后的溶液會像油水分離般自動分層，濃縮的“海綿”體積減小了一半，比傳統(tǒng)方法節(jié)省了約30%的能量。

 

裝備升級，打造“捕集重器”。吸收塔是二氧化碳捕集的“超級凈化器”，中國團(tuán)隊(duì)研發(fā)出世界最大碳捕集規(guī)模（150萬噸/年）的高通量、低壓降復(fù)合吸收塔和再生塔，捕集量相當(dāng)于一座300兆瓦火電機(jī)組全年的碳排放。此外，我國還設(shè)計(jì)出二氧化碳輸運(yùn)的“心臟”——滿足超臨界管輸需求的八級整體齒輪多軸離心二氧化碳壓縮機(jī)。這些突破不僅能降低碳捕集成本，還填補(bǔ)了我國火電廠百萬噸級CCUS技術(shù)裝備空白。

 

“透明”監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)安全封存。通過構(gòu)建網(wǎng)格數(shù)超過50萬個的“透明碳封存體”，我國實(shí)現(xiàn)了封存適宜區(qū)的定量評估與可視化呈現(xiàn)。實(shí)施國內(nèi)封存層位最深、單井規(guī)模最大的咸水層封存工程，形成大規(guī)模安全封存鉆井技術(shù)體系，研發(fā)出“空—天—地—井”碳封存一體化監(jiān)測技術(shù)。

 

我國建成了多個世界首臺套示范裝置，以工程示范促進(jìn)CCUS產(chǎn)業(yè)發(fā)展，推動技術(shù)走向規(guī)?；?、產(chǎn)業(yè)化。2025年9月，全球規(guī)模最大的煤電碳捕集示范工程在華能甘肅正寧電廠圓滿完成72小時試運(yùn)行，正式投入運(yùn)營，我國CCUS百萬噸級工業(yè)化示范應(yīng)用邁上新臺階。

 

從“首臺套”到“百萬噸級”，我國“新一代低能耗低成本碳捕集與封存技術(shù)”不斷成熟。2025年9月，我國首個碳捕集領(lǐng)域國際標(biāo)準(zhǔn)ISO 27927正式發(fā)布，實(shí)現(xiàn)從技術(shù)跟隨者向規(guī)則制定者的跨越。

 

政策、市場、技術(shù)等協(xié)同發(fā)力，助力新技術(shù)加速落地

 

如何讓新技術(shù)加速落地，更好發(fā)揮“碳捕手”的作用？

 

政策引領(lǐng)帶來發(fā)展驅(qū)動力。今年印發(fā)的《關(guān)于推進(jìn)綠色低碳轉(zhuǎn)型加強(qiáng)全國碳市場建設(shè)的意見》，提出建設(shè)更加有效、更有活力、更具國際影響力的全國碳市場，為新技術(shù)的進(jìn)一步推廣應(yīng)用注入動力。

 

基礎(chǔ)設(shè)施布局下好“先手棋”。比如，優(yōu)先在產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)和“源—匯”近距離區(qū)域建設(shè)管網(wǎng)和樞紐型封存設(shè)施，發(fā)揮規(guī)模經(jīng)濟(jì)效應(yīng)；對跨區(qū)域長距離輸送，應(yīng)使用管道與海運(yùn)等多方式聯(lián)運(yùn)方案。

 

技術(shù)攻關(guān)與創(chuàng)新合作，同樣不可或缺。多方協(xié)同發(fā)力，才能打通“從材料到系統(tǒng)、從中試到百萬噸級示范”的全鏈條攻關(guān)，同時鼓勵開放性國際合作，加強(qiáng)溝通宣傳，科普新技術(shù)相關(guān)知識，也能為新技術(shù)“加速跑”提供助力。

 

在推進(jìn)路徑上“先易后難”。優(yōu)先在二氧化碳濃度較高、穩(wěn)定連續(xù)排放的行業(yè)研發(fā)并規(guī)?；瘧?yīng)用低成本碳捕集技術(shù)，技術(shù)成熟后，再向低排放濃度的電力與工業(yè)領(lǐng)域推廣。鼓勵“產(chǎn)業(yè)集群式”布局，在區(qū)域內(nèi)建設(shè)企業(yè)共用的二氧化碳運(yùn)輸、封存的應(yīng)用平臺，在集零為整中化簡為繁。同時加快關(guān)鍵材料與設(shè)備國產(chǎn)化，打通“卡脖子”環(huán)節(jié)，尤其是在高性能膜材料、吸附材料、深部地層監(jiān)測傳感器、高壓二氧化碳壓縮機(jī)軸承等方面實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)替代，有效減少風(fēng)險。

 

回顧歷史，能源技術(shù)的重大跨越，都是材料、工藝、工程與制度協(xié)同演進(jìn)的結(jié)果。我們既要正視挑戰(zhàn)，也要看到技術(shù)進(jìn)步帶來的希望。當(dāng)新一代低成本CCUS技術(shù)從試驗(yàn)田走向主戰(zhàn)場，從成本負(fù)擔(dān)變?yōu)榫G色資產(chǎn)，科技創(chuàng)新將為我們守住更清潔、更美好的地球家園。（作者郜時旺 中國華能集團(tuán)清潔能源技術(shù)研究院有限公司副總工程師，記者喻思南采訪整理）