在全球積極應對氣候變化的背景下，CCUS（碳捕集、利用與封存）技術(shù)逐漸成為各國推動低碳轉(zhuǎn)型、實現(xiàn)碳中和的重要手段。日前召開的《聯(lián)合國氣候變化框架公約》第二十九次締約方大會（COP29）正式通過了《巴黎協(xié)定》關(guān)于碳移除減排量的授權(quán)機制，表明國際社會在支持CCUS技術(shù)發(fā)展方面達成了廣泛共識。對我國而言，CCUS技術(shù)也是實現(xiàn)碳中和的重要技術(shù)組成。CCUS技術(shù)涵蓋二氧化碳捕集、運輸、利用及封存等多個環(huán)節(jié)，其中，碳捕集作為核心技術(shù)環(huán)節(jié)，具有碳源多樣、技術(shù)密度高、資金需求大、工藝復雜等特點，是決定CCUS項目投資和部署的關(guān)鍵因素。本版內(nèi)容來自北京理工大學能源與環(huán)境政策研究中心系列研究報告，著重研究了該技術(shù)的發(fā)展需求、前沿趨勢及關(guān)鍵挑戰(zhàn)，并提出相應的發(fā)展建議，敬請關(guān)注。

全球碳捕集技術(shù)正朝著穩(wěn)定高效、低能耗和低成本趨勢發(fā)展

在碳中和目標與經(jīng)濟高質(zhì)量發(fā)展的雙重推動下，我國對CCUS技術(shù)的需求極為迫切。作為當前實現(xiàn)化石能源低碳化利用的唯一途徑，CCUS技術(shù)不僅是保持碳中和目標下電力系統(tǒng)靈活性的關(guān)鍵手段，也是鋼鐵、水泥等難減排行業(yè)在尚未出現(xiàn)顛覆性減排技術(shù)時的可行選項。然而，當前碳捕集技術(shù)高昂的成本對上述行業(yè)的低碳轉(zhuǎn)型帶來了較大壓力。同時，因排放源各異，各行業(yè)適配的碳捕集技術(shù)在工藝、設備、材料及成本等方面具有較大差異，制約CCUS技術(shù)進一步推廣。在此背景下，超前研發(fā)高效、低能耗的碳捕集材料，推進核心工藝變革升級，進一步提高各類碳排放源濃度下捕集技術(shù)的成熟度，形成碳捕集技術(shù)新體系，是推動CCUS技術(shù)廣泛應用的關(guān)鍵。

全球碳捕集技術(shù)正朝著穩(wěn)定高效、低能耗和低成本趨勢發(fā)展，亟須立足全球視野和我國國情，識別我國碳捕集技術(shù)與全球碳捕集技術(shù)前沿進展的差距，促進關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)和成果產(chǎn)業(yè)化，推動我國在全球碳捕集技術(shù)競爭中搶占戰(zhàn)略優(yōu)勢地位。

全球碳捕集技術(shù)在成本、能耗和適用性方面不斷優(yōu)化，代際演進特征凸顯。第一代技術(shù)以化學吸收法中的基礎胺溶劑為主，盡管技術(shù)相對成熟并實現(xiàn)了工業(yè)化應用，但是高能耗與高成本限制了其大規(guī)模部署。第二代技術(shù)通過復配胺溶劑的優(yōu)化顯著提升了能效。美國成功將捕集能耗降低至2.6吉焦/噸二氧化碳，捕集成本降至70美元/噸；英國進一步優(yōu)化工藝后，實現(xiàn)了2.4吉焦/噸二氧化碳的能耗水平，捕集成本降至60美元/噸。第二代技術(shù)的發(fā)展標志著碳捕集技術(shù)在能耗和經(jīng)濟性方面取得了顯著進展。第三代技術(shù)則憑借新型材料與工藝的突破，成為當前碳捕集技術(shù)研發(fā)的前沿方向。以歐洲開發(fā)的相變?nèi)軇┘夹g(shù)為例，該技術(shù)通過材料創(chuàng)新將能耗進一步降至2.2吉焦/噸二氧化碳，捕集成本壓縮至39美元/噸。第三代技術(shù)不僅在技術(shù)的經(jīng)濟性和適用性上實現(xiàn)了顯著提升，還為鋼鐵、水泥等高碳排放行業(yè)帶來了更具競爭力的減排方案。碳捕集技術(shù)的代際發(fā)展，遵循著由工藝改進向技術(shù)革新的演進路徑，為未來更大規(guī)模、更廣范圍的技術(shù)應用創(chuàng)造了可能。

新型碳捕集技術(shù)發(fā)展迅速。傳統(tǒng)的二氧化碳捕集技術(shù)主要分為燃燒后捕集、燃燒前捕集、富氧燃燒。其中，燃燒后捕集技術(shù)應用最為廣泛，涵蓋化學吸收、物理吸附、膜分離和低溫精餾等多種方法。化學吸收法以單胺和復配胺溶劑為代表，是目前最為成熟的技術(shù)，已廣泛應用于燃煤電廠和工業(yè)煙氣捕集項目；物理吸附法適用于高壓氣體分離場景，尤其是天然氣處理領域；膜分離技術(shù)和低溫精餾法在特定條件下表現(xiàn)出高效的分離能力，特別適用于高濃度氣源的處理。與此同時，新型碳捕集技術(shù)正迅速發(fā)展，包括但不限于電化學捕集、固態(tài)吸附、催化解吸、界面捕集，以及利用微生物或藻類進行二氧化碳固定等方法。DAC（空氣二氧化碳直接捕集）技術(shù)主要依賴吸附法和吸收法，通過高效的材料和化學反應，從大氣中直接捕集二氧化碳并將其存儲或轉(zhuǎn)化為有用資源，目前，美國、挪威、冰島、肯尼亞和阿聯(lián)酋等國已開始大規(guī)模部署和示范。多種捕集技術(shù)各具優(yōu)勢，但仍面臨高能耗和高成本挑戰(zhàn)，需要通過持續(xù)的研發(fā)優(yōu)化以實現(xiàn)大規(guī)模應用。

全球范圍內(nèi)碳捕集技術(shù)研發(fā)受到廣泛重視，專利申請數(shù)量龐大并增長迅速。自2005年開始，碳捕集技術(shù)專利數(shù)量呈快速增長趨勢，年均增速達18.7%。截至目前，全球范圍內(nèi)與碳捕集技術(shù)直接關(guān)聯(lián)的專利有40383項，其中近10年公開的專利數(shù)量達32685項。中國、美國和世界知識產(chǎn)權(quán)組織的CCUS專利數(shù)量位居世界前三，專利總數(shù)分別為31210項、4203項、3755項，合計占全球總量的71.1%。我國碳捕集專利申請總量自2013年起超越美國，現(xiàn)穩(wěn)居全球首位。

國內(nèi)外二氧化碳捕集項目發(fā)展各具特色。我國已投運項目多數(shù)采用化學吸收法。美國碳捕集項目采用技術(shù)更多元化，重點集中在天然氣處理（6個）、生物質(zhì)能源（5個）和直接空氣捕集（2個）等多個新型碳捕集技術(shù)領域。歐盟則著力推動二氧化碳捕集產(chǎn)業(yè)的規(guī)模化和商業(yè)化，尤其在天然氣處理和直接空氣捕集領域。我國在直接空氣捕集等新興技術(shù)研發(fā)上起步較晚，整體水平尚待提升。

我國碳捕集技術(shù)成本優(yōu)勢顯著，在“并跑”與“跟跑”中尋求突破

我國已發(fā)展形成適配多種濃度不同規(guī)模排放源的碳捕集技術(shù)。截至2024年11月底，我國已投運和規(guī)劃建設中的CCUS示范項目超120個，二氧化碳捕集能力達600萬噸/年。低成本、低能耗的新一代碳捕集技術(shù)呈現(xiàn)快速發(fā)展態(tài)勢，正由中試逐步向工業(yè)示范過渡。同時，碳捕集項目應用場景明顯增多，涉及煤炭、石油、天然氣、新能源等能源生產(chǎn)領域，以及電力、化工、鋼鐵、水泥、建筑、交通等多個應用場景，已呈現(xiàn)規(guī)模化發(fā)展趨勢。

我國碳捕集技術(shù)成本整體處于全球中等偏低水平，具有一定的發(fā)展優(yōu)勢。從已投運項目的碳捕集成本來看，我國煤化工和石油化工領域的一體化驅(qū)油示范項目捕集成本相對較低，為105~250元/噸二氧化碳。電力、水泥捕集成本較高，分別為200~600元/噸二氧化碳和305~730元/噸二氧化碳，但整體低于國外的350~977元/噸二氧化碳和686~1280元/噸二氧化碳。

我國碳捕集技術(shù)與國際水平呈現(xiàn)“并跑”與“跟跑”并存的狀態(tài)。具體而言，我國的化學吸收法已在能耗和成本控制方面取得了顯著突破，與國際水平齊平，但在第三代技術(shù)領域仍面臨挑戰(zhàn)。目前，第三代技術(shù)多處于工業(yè)化探索階段。以相變?nèi)軇┘夹g(shù)為例，其在部分示范項目中實現(xiàn)了較低能耗（目標2.2吉焦/噸二氧化碳），但距離商業(yè)化規(guī)模應用仍需技術(shù)和工藝的進一步突破。此外，直接空氣捕集、低溫精餾和膜分離技術(shù)在國內(nèi)的應用大多停留在中試階段，與國際成熟項目相比尚有差距。要在前沿領域?qū)崿F(xiàn)超越，我國亟須加大技術(shù)創(chuàng)新力度，深化關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)，同時推動新技術(shù)的規(guī)模化驗證和推廣，以進一步提升國際競爭力。

我國碳捕集技術(shù)面臨規(guī)模化、適用性、代際權(quán)衡等多重挑戰(zhàn)

盡管我國在碳捕集技術(shù)領域取得了顯著進展，但仍面臨多重挑戰(zhàn)。

發(fā)達國家高度重視碳捕集專利的全球布局，我國在專利申請全球化方面尚顯不足。我國機構(gòu)幾乎僅限在本國申請專利，在國外專利布局較少，這或?qū)ξ覈磥矶趸疾都瘜＠暮Ｍ饧夹g(shù)轉(zhuǎn)移構(gòu)成嚴重制約。而發(fā)達國家則在全球積極申請二氧化碳捕集專利，以占領全球CCUS技術(shù)市場，構(gòu)建圍繞核心技術(shù)群的全球保護戰(zhàn)略。

CCUS項目總體進展仍然緩慢，規(guī)模效應不顯著，碳捕集技術(shù)仍處于成本曲線的高點。碳捕集技術(shù)的部署仍面臨高昂的初期資本投入挑戰(zhàn)，已成為發(fā)展工業(yè)點源捕集和直接空氣捕集最具挑戰(zhàn)的技術(shù)難題。高成本主要來自設備購置、運營維護及能源消耗，加之部分技術(shù)的成熟度不足，尤其對于低濃度排放源（熱電廠、水泥行業(yè)），碳捕集的總成本大大高于其他行業(yè)。此外，碳捕集技術(shù)的成本發(fā)展趨勢還存在很大的不確定性，關(guān)鍵影響因素包含技術(shù)進步速度、項目投融資成本、市場和基礎設施完善程度、政策環(huán)境等。反過來，高成本與高不確定性又將進一步影響碳源企業(yè)部署碳捕集技術(shù)的積極性，從而制約CCUS的大規(guī)模發(fā)展。

碳排放源復雜性導致碳捕集技術(shù)面臨適用性挑戰(zhàn)。我國可部署二氧化碳捕集技術(shù)的碳排放源空間分布廣且類型復雜，涵蓋煤電、鋼鐵、水泥、化工等多個行業(yè)。各行業(yè)碳排放濃度和捕集需求差異顯著，各項技術(shù)在成熟度、適用場景和成本效益方面各具特點，導致碳捕集技術(shù)在與碳匯的空間匹配性、成本效益性及材料環(huán)境友好性等方面面臨嚴峻挑戰(zhàn)。特別是在碳中和深度減排的背景下，CCUS未來將趨向大規(guī)模集群化發(fā)展。當多個不同類型碳排放企業(yè)共同參與同一集群建設時，技術(shù)集成、成本分攤、利益分配、技術(shù)標準及制度設計等方面也將面臨復雜挑戰(zhàn)。

碳捕集技術(shù)尚未完全滿足大規(guī)模、長期穩(wěn)定運行的需求。目前多數(shù)技術(shù)仍處于中試或工業(yè)示范階段。例如，膜分離技術(shù)盡管具有較好的前景，但在性能方面仍需改進，尤其是在處理大規(guī)模排放時的效率和穩(wěn)定性。此外，碳捕集過程中，常常伴隨其他污染物，如無機氨、氣溶膠等的排放，但目前缺乏成熟的協(xié)同處理技術(shù)，因此限制了捕集系統(tǒng)的整體效率和環(huán)境友好性。盡管許多碳捕集技術(shù)已經(jīng)在實驗或示范階段取得了進展，但其長期運行的系統(tǒng)穩(wěn)定性、材料耐久性等關(guān)鍵指標的安全性和可靠性數(shù)據(jù)仍然不足，實際部署風險難以準確評估，從而影響了大規(guī)模應用的推進速度。

我國碳捕集技術(shù)的部署面臨著代際權(quán)衡挑戰(zhàn)。我國碳捕集技術(shù)部署涉及對上千個工業(yè)排放點源的改造，規(guī)劃決策直至2060年。其優(yōu)化決策是一個面向長周期的復雜系統(tǒng)工程，需綜合考慮我國不同發(fā)展階段的碳減排需求、工業(yè)點源特性、基礎設施服役壽命、技術(shù)鎖定效應等因素。隨著碳捕集技術(shù)未來將從第一代逐步向第N代不斷演進，其成本、效率、適用性和可持續(xù)性等指標可能發(fā)生躍遷式變化，因此，必須從長期視角出發(fā)，立足多技術(shù)主體立場，審慎權(quán)衡技術(shù)的代際選擇，規(guī)避技術(shù)鎖定風險，尋找一條長期成本最優(yōu)的碳捕集技術(shù)部署路徑。

碳捕集下游領域亟須突破低成本大規(guī)模二氧化碳高附加值轉(zhuǎn)化技術(shù)。將二氧化碳轉(zhuǎn)化為高附加值化學品和液體燃料，既能創(chuàng)造經(jīng)濟效益，又能實現(xiàn)環(huán)境效益，近年來已成為技術(shù)研發(fā)的熱點。但由于二氧化碳的化學性質(zhì)和反應路徑復雜，轉(zhuǎn)化利用依然面臨挑戰(zhàn)。突破高溫高壓環(huán)境的瓶頸并尋找合適的催化劑，是實現(xiàn)二氧化碳高效資源化利用的核心所在。為此，需優(yōu)化二氧化碳轉(zhuǎn)化利用路徑的組合，合理分配各技術(shù)路徑的比例，同步探究光、電、熱多場耦合技術(shù)的發(fā)展，以及開發(fā)有機酸、醇、酯等高附加值化學品的定向轉(zhuǎn)化新途徑，這些對于拓寬二氧化碳的應用領域、提升其上游捕集環(huán)節(jié)的經(jīng)濟價值具有重要意義。

我國碳捕集技術(shù)仍缺乏持續(xù)有效的專項資金激勵政策。盡管已有政策引導，如國家發(fā)展改革委于2024年4月發(fā)布的《節(jié)能降碳中央預算內(nèi)投資專項管理辦法》中提到，CCUS項目補貼占比可達20%，然而，對于碳捕集技術(shù)的實質(zhì)性補貼、針對性稅收優(yōu)惠等經(jīng)濟性激勵措施，在力度和覆蓋范圍上仍然有限。特別是在技術(shù)研發(fā)和示范項目初期，政策資金扶持力度不大，導致技術(shù)進步緩慢，缺乏推動大規(guī)模應用的內(nèi)生動力。

碳捕集相關(guān)標準與評估方法學體系不完善。盡管我國已開始制定碳捕集技術(shù)相關(guān)標準，但現(xiàn)有政策文件在提供碳捕集項目具體指導方面存在不足。目前，針對碳捕集技術(shù)全過程的統(tǒng)一標準尚不完善，多數(shù)標準仍處于起草、征求意見或?qū)徟A段，而且地方標準和行業(yè)標準存在不統(tǒng)一，可能導致技術(shù)執(zhí)行和評估標準在不同地區(qū)和項目間存在差異。此外，碳捕集項目的減排核算方法尚未形成統(tǒng)一的評估體系，缺乏對不同捕集技術(shù)效率的定量評估標準，存在碳減排量核算不準確、減排效益評估方法不一致等問題，進而可能導致碳減排量的雙重計算或漏算。針對碳捕集技術(shù)的直接立法依然缺乏，現(xiàn)行環(huán)境法律體系尚未明確將溫室氣體納入污染物范疇，進一步限制了碳捕集技術(shù)的推廣和應用。

我國碳捕集項目尚未全面融入市場化機制。碳捕集技術(shù)與碳市場的銜接機制尚不明確，缺乏有效的碳定價和排放權(quán)交易體系支撐，從而限制了技術(shù)的經(jīng)濟激勵效應。在市場上，碳捕集產(chǎn)品的應用仍然有限，碳捕集技術(shù)的加裝與運行可能導致原產(chǎn)品成本上升10%~90%，致使二氧化碳轉(zhuǎn)化的下游產(chǎn)品難以顯現(xiàn)成本優(yōu)勢。

全面提升我國碳捕集技術(shù)水平與核心競爭力的對策建議

碳捕集環(huán)節(jié)是決定CCUS項目投資和部署的關(guān)鍵。“十五五”期間，亟須加快統(tǒng)籌相關(guān)基礎研究、技術(shù)開發(fā)、裝備研制、集成示范和產(chǎn)業(yè)培育，全面提升我國碳捕集技術(shù)水平與核心競爭力。

加強碳捕集技術(shù)創(chuàng)新體系的總體布局。政府應從頂層制定CCUS技術(shù)發(fā)展專項戰(zhàn)略，形成與碳中和目標相結(jié)合的長期碳捕集技術(shù)路線圖，明確各行業(yè)、各階段的碳捕集技術(shù)需求，統(tǒng)籌技術(shù)創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型。同時，盡快啟動碳捕集科技創(chuàng)新戰(zhàn)略，設立專項資金支持關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)，建立碳捕集技術(shù)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，促進產(chǎn)學研深度融合，突破碳捕集產(chǎn)業(yè)鏈關(guān)鍵環(huán)節(jié)的技術(shù)瓶頸，推動技術(shù)的規(guī)模化應用。

圍繞碳捕集技術(shù)瓶頸和薄弱環(huán)節(jié)，重點突破一批關(guān)鍵基礎理論和前沿技術(shù)。針對現(xiàn)有碳捕集技術(shù)能耗高、效率低和穩(wěn)定性差的問題，建議重點突破新型低能耗碳捕集材料的研發(fā)。此外，建議加強傳統(tǒng)CCUS技術(shù)與風能、太陽能、氫能等可再生能源的集成耦合，探索多能源系統(tǒng)的能量互補與時空協(xié)同，提升系統(tǒng)效率和應用場景多樣性。利用棄風棄光資源消除碳捕集及空氣碳捕集的能耗瓶頸，并推動碳捕集與綠氫等產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展，實現(xiàn)資源優(yōu)化配置與低碳轉(zhuǎn)型協(xié)同增效。

加大資金投入和政策支持力度，推動碳捕集技術(shù)研發(fā)與應用。建議在技術(shù)發(fā)展初期加大對碳捕集項目的直接撥款力度，建立覆蓋多行業(yè)、多技術(shù)類型的專項稅收抵免或碳捕集補貼政策，為企業(yè)投資提供長期激勵，緩解技術(shù)研發(fā)成本壓力，激勵社會資本積極參與。進一步完善碳排放交易體系，將碳捕集納入碳排放交易市場，賦予其碳信用交易資格，并通過綠色債券和低息貸款等金融工具拓寬融資渠道。鼓勵多能源系統(tǒng)融合與創(chuàng)新，推動碳捕集技術(shù)與風能、太陽能、氫能等清潔能源的深度協(xié)同，優(yōu)化能源配置，提高碳減排效率，為低碳轉(zhuǎn)型提供強有力支撐。

健全碳捕集技術(shù)標準體系，加速補齊基礎短板。為保障碳捕集設施建設與運營的規(guī)范性、安全性與環(huán)保性，國家層面需要針對相關(guān)行業(yè)制定碳捕集設施的技術(shù)標準和安全規(guī)范，強化對其性能、運行效率及安全性的評估與認證。推動地方政府制定配套地方性實施細則，確保碳捕集項目環(huán)境影響可控，規(guī)避潛在的環(huán)境風險。加強碳捕集設施的全生命周期監(jiān)管，建立統(tǒng)一規(guī)范的碳減排核查與跟蹤報告機制，對碳捕集設施的運行情況進行持續(xù)監(jiān)測與評估。

加強碳捕集技術(shù)預見與監(jiān)測，提升專利質(zhì)量，優(yōu)化基礎研究方向和前沿技術(shù)布局。積極開展碳捕集前沿技術(shù)預見及專利布局的深度研究，定期評估國內(nèi)外技術(shù)發(fā)展動態(tài)，科學引導研發(fā)方向。聚焦碳捕集關(guān)鍵核心技術(shù)，構(gòu)建長期技術(shù)預見與監(jiān)測體系，建立項目庫與技術(shù)庫，識別CCUS技術(shù)的關(guān)鍵科學與工程技術(shù)問題。鼓勵通過數(shù)字化與智能化技術(shù)，如物聯(lián)網(wǎng)、人工智能和區(qū)塊鏈，提升技術(shù)實時監(jiān)控和動態(tài)調(diào)控效率，提高專利質(zhì)量和產(chǎn)業(yè)應用價值，解決當前我國碳捕集專利“量大質(zhì)低”的問題。

將碳捕集技術(shù)發(fā)展納入國際合作戰(zhàn)略，加強核心技術(shù)海外知識產(chǎn)權(quán)布局。積極加強與國際科研機構(gòu)和企業(yè)的合作，將碳捕集技術(shù)納入多邊、雙邊國際科技合作，基于國際視野推動我國碳捕集技術(shù)研發(fā)和國際先進技術(shù)的引進、消化和再創(chuàng)新。重視加強海外專利布局，構(gòu)建全球知識產(chǎn)權(quán)保護格局，提高碳捕集單項技術(shù)及集成技術(shù)的國際競爭力，推動我國CCUS技術(shù)的全球化推廣，打破國外機構(gòu)對關(guān)鍵技術(shù)的壟斷。