二氧化碳捕集與利用技術(shù)的現(xiàn)狀與前景

一、技術(shù)現(xiàn)狀與分類

1、捕集技術(shù)

燃燒前捕集：應(yīng)用于煤氣化聯(lián)合循環(huán)（IGCC）系統(tǒng)，捕集率可達(dá)90%，但設(shè)備成本高（約120美元/噸CO?），適用于化工合成氣處理。

燃燒后捕集：主流的胺吸收法（如MEA溶劑）已商業(yè)化，但能耗占電廠發(fā)電量的20%-30%，新一代相變吸收劑（如KS-1）可降低能耗15%。

富氧燃燒：通過純氧提高CO?濃度（＞90%），捕集成本約60美元/噸，但制氧能耗高，多用于鋼鐵、水泥行業(yè)試點(diǎn)。

2、利用技術(shù)

化工利用：合成甲醇、尿素等，全球年利用量約2.3億噸（2023年），中國魯西化工已建成10萬噸級CO?制甲醇項(xiàng)目。

地質(zhì)封存：挪威Sleipner項(xiàng)目累計(jì)封存超2000萬噸，但選址要求高（滲透率＜1mD的蓋層）。

生物利用：微藻固碳產(chǎn)油（轉(zhuǎn)化率1.8g/L/天），美國Joule公司實(shí)現(xiàn)光生物反應(yīng)器規(guī)模化應(yīng)用。

二、核心挑戰(zhàn)

1、經(jīng)濟(jì)性瓶頸

當(dāng)前捕集成本40-120美元/噸，與傳統(tǒng)碳價(jià)（歐盟ETS約90美元/噸）相比競爭力不足，需政策補(bǔ)貼驅(qū)動(dòng)。

化工利用產(chǎn)品（如合成燃料）成本比化石路線高30%-50%，市場接受度低。

2、技術(shù)成熟度差異

燃燒后捕集商業(yè)化率＞80%，但生物礦化、電催化轉(zhuǎn)化等技術(shù)仍處實(shí)驗(yàn)室階段（TRL≤4）。

地質(zhì)封存監(jiān)測技術(shù)（如4D地震成像）尚未解決長期泄漏風(fēng)險(xiǎn)評估難題。

3、政策與基礎(chǔ)設(shè)施缺失

全球僅15%國家將CCUS納入碳中和路徑，CO?運(yùn)輸管網(wǎng)（如美國4500公里）覆蓋不足，制約規(guī)模化發(fā)展。

三、發(fā)展前景與突破方向

1、降本增效技術(shù)突破

膜分離技術(shù)（如MTR的Polaris膜）可將捕集能耗降至1.2GJ/噸，較胺法降低40%；

直接空氣捕集（DAC）成本有望從600美元/噸降至2030年的150美元（Climeworks路線圖）。

2、高附加值利用路徑

CO?制石墨烯（轉(zhuǎn)化率＞95%）、碳納米管等新材料，附加值提升10倍以上；

光伏耦合電解制氫（P2X）合成航空燃料，德國HaruOni項(xiàng)目已實(shí)現(xiàn)130噸/年產(chǎn)能。

3、政策驅(qū)動(dòng)與生態(tài)構(gòu)建

中國《CCUS技術(shù)發(fā)展路線圖》明確2030年封存1億噸目標(biāo)，配套碳稅、綠證交易機(jī)制；

歐盟規(guī)劃2030年建成跨國CO?運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)，覆蓋北海封存中心與工業(yè)集群。

四、典型應(yīng)用場景

1、工業(yè)脫碳：鋼鐵高爐煤氣捕集（日本COURSE50項(xiàng)目減排30%）、水泥窯尾氣富氧燃燒改造。

2、負(fù)排放組合：BECCS（生物質(zhì)能+CCS）在瑞典供熱系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)負(fù)排放，成本約100美元/噸。