发达国家碳捕集、利用与封存技术的启示作用分

在全球共同应对气候变化的背景下，碳捕集与封存(Carbon Capture and Storage，简称CCS)被看做一种重要的温室气体减排方案[1-2]。CCS技术受到广泛关注，在未来的大规模应用将基于两个重要前提。一是气候变化是真实的，其后果严峻[3-5]；二是全球在未来较长时间内还需依赖化石燃料作为主要的能源供给[6-8]。据此IEA预测，若实现2050年全球温室气体排放相比2005年减少50%，CCS将承担约20%的减排任务，到2020年需在全球建100个CCS项目，到2050年建成3 000个；而若不采用CCS，实现这一目标的总成本将增加70%[2]。随着气候变化国际谈判的逐步深入，世界各国将面临更加严格的碳排放约束，可能形成全球性的CCS产业，掌握CCS技术的发达国家将通过输出技术在CCS产业中占据竞争优势。
1　CCS技术存在的问题
作为一项具有战略意义的新兴温室气体控制技术，CCS技术总体上尚处于研发和示范阶段，目前仍存在许多制约其发展的突出问题。尽管决定规定了CCS活动在正式作为CDM项目开发前，仍需妥善解决包括选址标准、长期安全和风险控制等一系列技术问题，但首次为CCS明确了CDM这一非常重要的融资渠道，有可能推动全球CCS技术进入加速发展的阶段。
2　主要发达国家CCS技术发展部署
为掌握未来CCS技术优势，美国、欧盟、澳大利亚、加拿大、日本等发达国家都投入大量资金开展CCS的研发和示范活动，并制定相应法规、政策积极推动CCS的发展，试图尽早掌握该技术，以实现在控制本国排放和全球CCS产业竞争中占得先机。国际金融危机爆发以来，美欧等发达国家不仅没有削减、反而加强了对CCS研发和示范的支持，围绕CCS的部署呈现出以下几个特点：
(1)通过颁布CCS技术发展路线图或相关战略规划，明确近、中、远期技术方向和研发重点，设立跨部门的协调工作机制等措施加强国家层面技术政策的指导和宏观协调。近年来，美国、欧盟、加拿大、英国、日本、澳大利亚等均制定和颁布了国家或区域层面的CCS技术发展路线图，在各自温室气体控制目标下，一方面明确各国未来20-50年CCS技术发展方向、重点和关键环节，引导各种渠道资源有效配置；另一方面从系统层面安排部署重大项目研发和示范计划，确保资源的有效使用[14]。在设立跨部门协调机制方面，美国的动向值得关注。2010年2月，奥巴马总统以备忘录形式要求美国国务院、能源部、环保署、财政部、科技政策办公室等14个联邦部门或机构建立CCS部际工作组，要求该部际工作组确保到2016年美国有至少10个CCS商业化示范项目运行，在10年内使CCS在经济上可行[15]。特别工作组由能源部和环保署共同牵头，将在联邦层面制定一个全面协调的CCS商业化发展战略。
(2)进一步加大政府投入，引导私有投资加速开展全流程CCS项目示范，将推动CCS技术商业化作为应对金融危机、促进国内经济复苏的手段。为推动CCS技术的研发和示范，美国于2006年启动了“未来发电计划(FutureGen)”，欧盟2005年提出并于2007年正式启动了“CCS旗舰计划(Flagship Program)”，但因资金、技术和政策等各方面原因一直进展缓慢。金融危机爆发后，美、欧在其经济复苏计划中大打CCS牌，作为促进其经济复苏和抢占低碳技术制高点的有效手段。2009年初通过的《美国复苏与再投资法案》中有34亿美元拨款与CCS相关，其中18亿美元直接用于支持包括“未来发电2.0计划(FutureGen 2.0)”在内的CCS示范项目。2009年底，“欧洲能源复兴计划”批准了首批6个全流程CCS示范项目，资助共计10亿欧元，占到整个欧洲能源复兴计划资金总额的四分之一[16]。这些政府资金的投入，一方面将吸引大量的私人投资，刺激短期国内经济的复苏；另一方面将极大地推进CCS技术示范和商业化，在确立自身CCS技术领域领先和优势地位的同时，创造新的低碳经济增长点。
(3)通过建立跨行业、跨领域的CCS合作平台，加速技术成果的转化、加强知识与经验共享、推进CCS技术商业化应用。CCS技术的发展需要原本属于不同行业技术间的系统集成和优化，并开展跨行业的全流程示范。为推动CCS技术的发展和商业化，欧盟、美国、澳大利亚、日本等均建立了跨行业、跨领域的合作平台，在加速技术研发、开展工程示范、促进经验共享等方面取得了良好的效果。CCS合作平台的形式多样，比如美国建立了包括美国43个州、加拿大4个省共350多个组织的7个区域性碳封存合作倡议；日本则建立了由发电、石油、工程等行业共37家公司联合成立的日本碳捕集与封存有限公司，作为推动CCS发展的执行实体。
比较有代表性的是欧盟“零排放合作平台”，该平台于2005年由欧盟委员会与几十家欧洲能源企业、非政府组织、研究机构、学界和金融机构共同建立，旨在推动欧盟范围内CCS的大规模实施，确保在2015年前启动10-12个全流程的CCS示范项目[17]。零排放合作平台成立了指导委员会，建立了技术研发、项目示范、政策法规、公众宣传四个工作组，从政策咨询和建议、技术研发与工程示范、经验共享、CCS法律规范体系建设、公众宣传等方面开展工作，已成为欧盟推动CCS技术研发和商业化的主要平台。2010年9月，欧盟委员会又推出全球首个CCS示范项目网络平台——“CCS项目网络”，要求获欧洲能源复兴计划资助的6个CCS项目通过该网络平台共享知识成果和示范经验[18]。
(4)开展CCS“硬技术”研发和示范的同时，重视技术标准、管理制度和规范、法律法规、公众接受度等技术应用“软环境”的建设。CCS技术应用涉及多个环节，其推广和应用需要健全的国内法律法规体系给予支撑。为此，欧美等发达国家均积极推动其国内政策和管理框架的建立和完善，并在加强公众宣传，提高公众接受度方面开展了大量工作。欧盟于2009年4月制定了地质封存指令(Directive 2009/31/EC)，详细 规定了封存场地选址、封存许可证发放、监测、封存场地运营和责任、信息公开、新建电厂必须预留捕集场地等的具体要求，以及对现有各相关指令的修订，建立起在欧盟内开展地质封存的法律和管理框架。澳大利亚推出了一系列政策与法律来支持CCS的部署，包括推出《CCS监管指导原则》、《修订海洋石油法》等。美国则通过环保署、交通部等职能部门和各州，积极建立相关的规章和法律框架，目前已完成对《清洁空气法案》、《安全饮用水法案》等的修订，初步建立了开展地质封存的具体规章[9-11,19]。
3　中国碳捕集、利用与封存(CCUS)技术
与CCS相比，中国更重视资源化利用技术的研发，将捕集、利用与封存(CCUS)视为一个技术系统部署相关研发活动。国家《中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》在先进能源技术重点研究领域提出了“开发高效、清洁和二氧化碳近零排放的化石能源开发利用技术”；《中国应对气候变化科技专项行动》明确将CCUS技术开发作为控制温室气体排放和减缓气候变化的重要任务。尽管起步较晚，中国CCUS技术发展在近些年取得了长足进步，成功地开展了工业级的捕集示范，并在利用等技术环节形成了有自主知识产权的技术，形成了自身的技术特点。当前，中国CCUS技术研发活动主要在两个层面分别由政府和企业主导开展。
政府主导的研发活动主要由国家科技部等部门部署。在国家有关科技计划的部署以及相关国际科技合作项目的支持下，国内有关高校、研究院所、企业围绕CCUS开展了理论研究、技术研发和一些中小规模工程示范。战略研究方面，“十五”、“十一五”期间先后组织开展了CCUS技术长期减排潜力、CCUS技术发展规划等战略研究。基础研究方面，国家基础研究计划(973计划)在“十一五”期间部署了“温室气体提高石油采收率的资源化利用及地下埋存”项目，针对我国油田特点研究使用提高石油采收率(EOR)的理论和相关技术。在技术研发与示范方面，国家高技术发展计划(863计划)在“十一五”期间安排重点项目围绕矿化、微藻固定制备生物柴油、基于IGCC的捕集、利用与封存等技术的研发与示范进行部署；国家科技支撑计划围绕高炉炼铁减排与利用、煤制油高浓度捕集与地质封存、富氧燃烧捕集等组织关键技术、装备研发与示范在“十二五”先期启动了相关的项目。国际合作方面，中国积极参与碳收集领导人论坛(CSLF)、清洁能源部长级会议等多边框架合作，并组织国内研究机构和企业开展了中美清洁能源中心、中欧煤炭利用近零排放合作(NZEC)项目、中欧碳捕集与封存(COACH)项目、中意CCS技术合作项目、中澳地质封存项目(CAGS)等一系列合作。
此外，国家发改委、国土资源部、中科院等部门，以及广东等省市地方政府也通过各自渠道部署和开展了一些CCUS相关的战略研究和研发活动。
企业层面自主开展的研发与示范活动主要围绕的资源化利用等方面。2010年，中电投在重庆建成了规模为1万t/年的捕集示范装置；华能集团2008年和2010年先后在北京和上海建成了年捕集能力为3 000 t和12万t的燃煤发电捕集工程示范；中石油在吉林油田开展驱油与封存先导试验，已累积注入超过12万t；中石化于2010年建成了3万t规模的燃煤电厂捕集与EOR示范；江苏中科金龙公司建成了以为原料的化工合成生产线，年利用约8 000 t。
4　进一步推动我国CCUS技术发展的建议
相比欧美等发达国家CCUS技术政策和发展部署，我国尚存在以下四点不足：一是目前我国CCUS相关技术政策仅是关于该技术重要性的指导性表述，尚缺乏可以指导国内近、中、远期CCUS技术发展的系统性科技政策；二是现有研发和示范项目多聚焦单一技术环节，尚无明确的大规模全流程的CCUS示范项目计划和部署；三是研发和示范活动多为单个企业主导，尚缺乏跨行业的合作平台；四是现有工作多侧重CCUS“硬技术”的研发，对法律法规、管理制度与规范、技术标准、公众接受度等技术应用与推广的“政策环境”建设关注不够。为进一步推动我国CCUS技术发展，本研究提出以下建议：
(1)加强国家层面对CCUS技术发展的政策指导和宏观协调，引导资源有效配置。应组织编制并尽快发布我国CCUS技术发展路线图，明确中国发展CCUS技术的战略定位、发展目标、重点研究方向和重点任务。一方面明确未来CCUS技术发展重点和关键环节，引导资源有效配置；另一方面从系统层面安排部署重大项目计划，确保资源的有效使用。
(2)加快推进跨行业的CCUS技术合作平台建设，促进行业间技术集成和全流程示范项目开展。2010年下半年以来，国内电力、石油行业相关企业和有关科研院已开始酝酿成立“中国CCUS产业技术创新战略联盟”，该联盟成立后将成为行业间、领域间技术集成和全流程CCUS示范工作的平台。应推动该联盟尽快成立，相关科技资源也可考虑向联盟倾斜，加强我国CCUS技术的跨领域合作与集成创新。
(3)系统部署“十二五”期间的CCUS技术集成与示范，适时启动全流程示范项目计划。应在“十二五”期间加大对CCUS技术研发与示范，尤其是全流程示范的支持。围绕不同的捕集和封存技术路线，以及驱油、驱深层煤层气、化学合成与利用、低成本低能耗捕集系统等创新型捕集与利用技术进行系统部署，适时启动全流程CCUS工业级示范项目。
(4)加强“政策环境”建设研究和能力建设。围绕捕集运输技术标准、封存场地选址与安全评估标准、CCUS审批监管体系等加强研究，为CCUS技术示范与未来推广奠定基础。
(5)加强CCUS领域国际科技交流与合作，服务国内研发与示范。有针对性、务实地推进现有CCUS领域双边和多边合作，鼓励示范项目企业间的经验交流，充分利用国际资源和经验服务国内研发与示范。