大氣中的二氧化碳能不能捕捉起來進行再利用?這個曾經的設想如今已成為現實。

6月2日，亞洲最大火電碳捕集利用與封存(CCUS)項目——國家能源集團江蘇泰州電廠項目正式投產。該項目每年可捕集50萬噸二氧化碳，所捕集到的這些二氧化碳，將廣泛應用于工業、食品業等領域，真正實現資源再利用。

看不見、摸不著的二氧化碳如何捕集?這些“被捕”的二氧化碳，又如何來到下游進行再利用?記者前往泰州電廠進行了實地采訪。

“捕碳”有必要

——實現“雙碳”目標需推動各行業減排，捕捉、封存二氧化碳正是重要手段

走進泰州電廠廠區，三座高聳的作業塔映入眼簾。沿著綿長的藍、白色管道向前望去，4個巨大的銀色球型儲氣罐與之相連，源源不斷輸送著經過壓縮的液態二氧化碳，等待通過運輸車裝載送往下游各地。

“這是我們的捕集區，占地面積約1650平方米，和已有的其他CCUS項目相比單位占地面積最小。”國家能源集團新能源技術研究院碳中和中心碳捕集研究室經理楊陽介紹。

CCUS，又叫碳捕集利用與封存，是實現化石能源低碳利用的一項兜底技術，即把生產過程中排放的二氧化碳進行捕集提純，再投入新的生產過程進行再利用和封存。

“捕碳”，是為了降低碳排放。中國提出“雙碳”目標以來，節能降碳已成為社會各行業共識。對于碳排放量較大的火電行業而言，既要保證煤電在能源供應中的兜底作用，又要盡可能降低碳排放造成的環境影響。如何進一步實現減排，保證煤炭清潔高效利用?CCUS被視作關鍵的技術手段之一。

“泰州電廠CCUS項目二氧化碳捕集率超90%，每年可以捕集消納50萬噸二氧化碳，產出干基二氧化碳純度超99%，既具備環保價值，也有商業示范意義。”國家能源集團江蘇泰州電廠碳資源開發專項辦公室主任龔海艇說。

二氧化碳看不見又摸不著，怎么“捕捉”?楊陽告訴記者，正是水洗塔、吸收塔、再生塔這三座塔器在下功夫。“火電廠燃燒后排放的是符合國家環保標準的煙氣，其中含有10%到15%的二氧化碳。我們正是以泰州電廠4號機組排放的煙氣為原料氣，進行二氧化碳捕集。”

從煙氣的路途看，煙氣首先會通過引風機進入水洗塔，進行降溫的同時，還能除去其中的硫氧化物、氮氧化物、粉塵等雜質。

緊接著，這些氣體又來到吸收塔塔底。50多米高的吸收塔中，用于吸收二氧化碳的胺溶液從塔頂向下噴淋，進而與氣體充分發生反應。此時，煙氣中超九成的二氧化碳將被胺溶液吸收，剩余氣體達到排放標準，通過煙道回到主機煙囪排入大氣。

“吃”足了二氧化碳的胺溶液將進入第三個塔——再生塔。在這里，吸收了二氧化碳的胺溶液經過系列化學反應，分解成純度超99%的二氧化碳和貧胺液，而后“兵分兩路”，前者通過不銹鋼管道輸送至壓縮、干燥、液化系統，將高純二氧化碳氣體轉為高壓二氧化碳液體，最終送入球型儲罐中;后者則回到吸收塔塔頂，等待進行下一輪作業。

“煙氣在塔中的停留時間很短，全程不到兩分鐘時間。換句話說，不到兩分鐘，我們就能把煙氣中的二氧化碳‘捕捉’起來，等待后續利用、封存。”楊陽說。

“用碳”不簡單

——對接下游用戶，讓捕集到的二氧化碳充分發揮商用價值

二氧化碳“被捕捉”后將如何利用?

業內人士介紹，目前二氧化碳應用主要包括幾大領域：一是注入油藏中進行驅油，提高油田采收率，進而生產更多原油;二是化工利用，比如制造尿素、二氧化硅、碳酸鋇等無機化工產品以及水楊酸、甲醇、乙醇等有機化工產品。此外，二氧化碳還可應用于食品領域。汽水飲料中的大量氣泡，就是食品級的二氧化碳。

實際上，此前國內已有部分CCUS項目落地，但如何實現盈利，始終是困擾行業的普遍難題。中國石油規劃總院油氣田地面工程規劃研究所副所長王念榕告訴本報記者，中國的CCUS項目仍處于商業化發展的初期階段，CCUS商業應用效益相對較低，主要是由于部分CCUS項目技術和商業模式成熟度不高。“當前低濃度的煙道氣二氧化碳捕集成本多在每噸400元以上，百公里二氧化碳運輸成本在每噸35元以上，二氧化碳注入地層成本每噸約20元，綜合成本明顯超過二氧化碳驅油產生的效益。”王念榕說。

破解CCUS項目發展瓶頸，實現二氧化碳商業化利用并確保盈利很關鍵。如今，泰州電廠CCUS項目已做出有效嘗試。“目前泰州電廠CCUS項目捕集到的二氧化碳主要應用于工業和食品業等領域。我們有4個球型二氧化碳儲罐，其中2個儲存的是工業級二氧化碳，另外2個儲存食品級二氧化碳。”龔海艇透露，在項目設計初期，團隊就已同步在長三角地區開展了大量市場調研，鎖定了焊接制造、食品級干冰、高新機械清洗等方面用戶。

“我們電廠附近不僅有油田，還有部分制船企業，他們對二氧化碳都有較大需求，這意味著項目存在穩定的客戶。”龔海艇說，“從目前市場反饋來看，食品級干冰、冷鏈運輸市場發展空間較大，客戶對我們產出的二氧化碳品質反饋也很好。正是有了充分的市場調研，確保所捕集二氧化碳具備商用價值，我們的項目能夠保證捕集二氧化碳的100%消納，即每年50萬噸的足額消納，具備穩定盈利能力，也為煤電CCUS項目長期可持續運營提供了樣本。”

有市場，還得有“好價”。龔海艇告訴記者，通過技術創新、優化工藝路線、合理設備布局等手段，該項目投資成本控制在相對較低水平，二氧化碳單位生產成本也較為理想，保證了該項目的可持續運營。

技術革新強

——加強科技攻關，實現CCUS項目大規模、可持續發展

CCUS項目是個新事物，既要保證產出大量高純度的二氧化碳以供市場，也要降低成本。這背后的關鍵，還得靠技術革新。

以泰州電廠為例，為了確保項目綜合性能，降低設備損耗，項目團隊自主研發了新型低能耗、高容量、高穩定性三元復配吸收劑，再生熱耗較傳統吸收劑下降超35%。

“雖然我們此前已有每年捕集15萬噸二氧化碳的CCUS項目經驗，但從15萬噸到50萬噸并非簡單的數量疊加，而要在技術上進行革新創造。”國家能源集團新能源技術研究院碳中和中心主任徐冬說，“吸收劑是CCUS項目技術工藝的‘心臟’，確定了吸收劑的指標和方案，才能進行后續的設備選型等工作。光是為了調整吸收劑配比方案，我們就做了超千次實驗，才找到最優解。”

采用循環水直流供水冷卻系統，減少投資并降低捕集每噸二氧化碳電耗約6千瓦時;選用變頻可調離心式引風機，經濟調節負荷范圍可達60%到100%;使用的新型材質板式換熱器，可保障設備檢修時間縮短二三天……一項項技術創新應用，不僅成為泰州電廠CCUS項目可持續運營的堅強保障，也為國內CCUS推廣應用提供了參照。

業內人士分析，在“雙碳”目標指引下，中國CCUS行業具備廣闊的發展空間。《中共中央 國務院關于完整準確全面貫徹新發展理念做好碳達峰碳中和工作的意見》提出，“推進規模化碳捕集利用與封存技術研發、示范和產業化應用”。《中國二氧化碳捕集利用與封存(CCUS)年度報告(2021)》預計，2030年CCUS減排需求為0.2億至4.08億噸，到2050年CCUS產值有望實現3300億元以上。

“煤炭、煤電作為能源供應‘壓艙石’的兜底保障作用依舊突出，CCUS是煤炭產業低碳化利用的經濟可行選擇，也是保障電力系統靈活性的重要技術手段。未來，應繼續加大技術攻關，推進CCUS商業化利用，推動建立完善的碳資產交易體系，進而為國內CCUS推廣應用提供更友好的發展空間，為實現‘雙碳’目標提供堅強技術保障。”王念榕說。