中国二氧化碳捕集利用与封存(CCUS)年度报告(2021)

序 2020 年 9 月 22 日，习近平主席在第七十五届联合国大会上发表重 要讲话，提出我国“二氧化碳排放力争于 2030年前达到峰值，努力争取 2060年前实现碳中和”。习近平总书记关于碳达峰、碳中和作出的一系列 重大宣示和重要论述，为我国应对气候变化和绿色低碳发展明确了目标与 方向，为强化全球气候行动注入了强大的政治推动力。 二氧化碳捕集利用与封存技术 (CCUS)作为一种大规模的温室气体减 排技术，近年来在生态环境部、科技部、发改委等部门的共同推动下， CCUS相关政策逐步完善，科研技术能力和水平日益提升，试点示范项目 规模不断壮大，整体竞争力进一步增强，已呈现出良好的发展势头。但总 体上看，我国面向碳中和的绿色低碳技术体系还尚未建立，重大战略技术 发展应用尚存缺口，现有减排技术体系与碳中和愿景的实际需求之间还存 在较大差距。有研究表明， CCUS将成为我国实现碳中和目标不可或缺的 关键性技术之一，需要根据新的形势对 CCUS的战略定位进行重新思考和 评估，并在此基础上加快推进、超前部署。 《中国二氧化碳捕集利用与封存 (CCUS) 年度报告 (2021)――中国 CCUS 路径研究》的发布适逢其时，对于研究中国碳达峰碳中和目标 下 CCUS的战略定位和发展路径起到重要作用，有助于支撑政策制定者 在战略、规划和政策层面开展 CCUS相关工作，有助于研究者基于当前 对 CCUS的认知确定未来不同时期的排放锚点，同时也有助于公众了解 CCUS相关知识，认识 CCUS的地位和作用，共同推动我国碳达峰碳中和 目标的实现。 李 高 生态环境部应对气候变化司司长 01 报告召集人 蔡博峰 生态环境部环境规划院碳达峰碳中和研究中心 李 琦 中国科学院武汉岩土力学研究所 张 贤 中国 21 世纪议程管理中心 报告引用：蔡博峰，李琦，张贤 等. 中国二氧化碳捕集利用与封存(CCUS) 年度报告(2021)―― 中国CCUS 路径研究[R]. 生态环境部环境规划院,中国科学院武汉岩土力学研究所,中国21 世纪议程管理中心.2021. 02 作者（按姓氏拼音排序） 蔡博峰 生态环境部环境规划院碳达峰碳中和研究中心 曹 成 西南石油大学 曹丽斌 生态环境部环境规划院碳达峰碳中和研究中心 陈文会 清华大学 陈竹君 上海理工大学 董金池 生态环境部环境规划院碳达峰碳中和研究中心 樊静丽 中国矿业大学（北京） 江 勇 中国地质大学（北京） 姜 丰 中国石油大学（华东） 雷涯邻 北京化工大学 雷 宇 生态环境部环境规划院碳达峰碳中和研究中心 李 超 浙江大学 李桂菊 中国科学院武汉文献情报中心 李 琦 中国科学院武汉岩土力学研究所 李 清 中国石油吉林油田分公司二氧化碳捕集埋存与提高采收率 开发公司 李霞颖 中国科学院武汉岩土力学研究所 李小春 中国科学院武汉岩土力学研究所 梁 希 广东南方碳捕集与封存产业中心 刘传望 中国地质大学（北京） 03 作者（按姓氏拼音排序） 刘桂臻 中国科学院武汉岩土力学研究所 刘玲娜 中国地质大学（北京） 刘 琦 中国石油大学（北京） 鲁 玺 清华大学 吕 晨 生态环境部环境规划院碳达峰碳中和研究中心 庞凌云 生态环境部环境规划院碳达峰碳中和研究中心 彭 勃 中国石油大学（北京） 史明威 中国 21 世纪议程管理中心 谭永胜 中国科学院武汉岩土力学研究所 汪黎东 华北电力大学 王楠 日本德勤咨询公司 魏文栋 上海交通大学 伍鹏程 广东省环境科学研究院 武 龙 Equinor ASA 杨 波 清华大学 杨晓亮 油气行业气候倡议组织昆仑气候产业投资基金 张 立 生态环境部环境规划院碳达峰碳中和研究中心 张 贤 中国 21 世纪议程管理中心 赵晏强 中国科学院武汉文献情报中心 04 贡献作者（按姓氏拼音排序） 荆润秋 华北电力大学 李早元 西南石油大学 廖 扬 中国石油大学（北京） 马 乔 山东大学 蒲晓林 西南石油大学 石运旺 中国石油大学（北京） 王 贵 西南石油大学 王茹洁 华北电力大学 王一彪 中国石油大学（北京） 张亚楠 中国石油大学（北京） 周文龙 中国矿业大学（北京） 05 评审专家 杜祥琬 中国工程院 院士 丁一汇 国家气候中心 院士 何建坤 清华大学 教授 李 阳 中国石化股份公司 院士 黄维和 中国石油天然气股份有限公司 院士 王金南 生态环境部环境规划院 院士 潘家华 中国社会科学院 学部委员 黄 晶 中国 21 世纪议程管理中心 研究员 吕学都 亚洲开发银行 气候变化首席科学家 李 政 清华大学 教授 薛 强 中国科学院武汉岩土力学研究所 研究员 严 刚 生态环境部环境规划院 研究员 张希良 清华大学 教授 06 缩略语注解 BECCS 生物质能碳捕集与封存 CCS 二氧化碳捕集与封存 CCU 二氧化碳捕集与利用 CCUS 二氧化碳捕集利用与封存 CO 2 -ECBM 二氧化碳驱替煤层气 CO 2 -EGR 二氧化碳强化天然气开采 CO 2 -EOR 二氧化碳强化石油开采 CO 2 -EWR 二氧化碳强化咸水开采 DAC 直接空气碳捕集 DACCS 直接空气碳捕集与封存 DRI 直接还原铁 EU ETS 欧盟碳交易市场 GCCSI 全球碳捕集与封存研究院 GDP 国内生产总值 GJ 吉焦 GW 千兆瓦 IEA 国际能源署 IGCC 整体煤气化联合循环发电 IPCC 联合国政府间气候变化专门委员会 IRENA 国际可再生能源机构 km 千米 KWh 千瓦时 MJ/kg 兆焦 / 千克 NACSA 北美碳封存图册 TWh 太瓦时 USGS 美国地质调查局 07 碳中和目标下，大力发展二氧化碳捕集利用与封存（CCUS）技术不仅 是未来我国减少二氧化碳排放、保障能源安全的战略选择，而且是构建生 态文明和实现可持续发展的重要手段。随着国内外对气候变化理解和谈判 形势的改变， CCUS技术内涵和外延不断丰富拓展，亟需对 CCUS技术发 展趋势进行系统研判，重新定位技术发展愿景，统筹考虑 CCUS发展路径。 碳中和目标的实现要求我国建立以非化石能源为主的零碳能源系统， 经济发展与碳排放脱钩。 CCUS技术作为我国实现碳中和目标技术组合的 重要组成部分，不仅是我国化石能源低碳利用的唯一技术选择，保持电力 系统灵活性的主要技术手段，而且是钢铁水泥等难减排行业的可行技术方 案。此外，CCUS 与新能源耦合的负排放技术还是抵消无法削减碳排放、 实现碳中和目标的托底技术保障。 从实现碳中和目标的减排需求来看，依照现在的技术发展预测， 2050 年和 2060 年，需要通过 CCUS 技术实现的减排量分别为 6 ～ 14 亿吨和 10～ 18 亿吨二氧化碳。其中， 2060 年生物质能碳捕集与封存（ BECCS） 和直接空气碳捕集与封存（DACCS）分别需要实现减排 3～ 6 亿吨和 2～ 3 亿吨二氧化碳。从我国源汇匹配的情况看， CCUS技术可提供的减排潜力， 基本可以满足实现碳中和目标的需求 （6~21 亿吨二氧化碳）。 我国高度重视 CCUS技术发展，稳步推进该技术研发与应用。目前， 我国 CCUS 技术整体处于工业示范阶段，但现有示范项目规模较小。 CCUS的技术成本是影响其大规模应用的重要因素，随着技术的发展， 我国 CCUS技术成本未来有较大下降空间。预期到 2030 年，我国全流程 CCUS（按 250 公里运输计）技术成本为 310~770元 /吨二氧化碳，到 2060年， 将逐步降至 140~410元 /吨二氧化碳。 为促进中国 CCUS技术发展，更好支撑碳达峰碳中和目标实现，建议： 决策者摘要 08 （1）明确面向碳中和目标的 CCUS 技术发展路径。充分考虑碳中和目 标下的产业格局和重点排放行业排放路径，全面系统评估中国 2021 ~ 2060 年 CCUS 技术的减排需求和潜力。 （2）完善 CCUS政策支持与标准规范体系。推动 CCUS商业化步伐， 将 CCUS纳入产业和技术发展目录，完善优化法律法规框架，制定科学合 理的建设、运营、监管、终止等标准体系。 （3）规划布局 CCUS基础设施建设。加大二氧化碳捕集、输送与封存 各环节的基础设施投资力度与建设规模，提高技术设施管理水平，建立相 关基础设施合作共享机制，推动 CCUS技术与不同碳排放领域和行业的耦 合集成。 （4）有序开展大规模 CCUS示范与产业化集群建设。提高 CCUS全链 条技术单元之间的兼容与集成优化，加快突破大规模 CCUS全流程示范的 相关技术瓶颈，促进 CCUS 产业集群建设。 本报告由国内外 CCUS领域的 49名研究人员共同完成，感谢作者无私 的科学奉献和 13位权威专家的评审。考虑到学界对于 CCUS的减排需求和 潜力评估的不确定性还存在百家争鸣，未来亟需在更加明确和清晰的技术、 资本、政策等边界条件下开展深度分析，以得到更加合理的潜力评估和发 展路径。 09 目录 1.二氧化碳捕集利用与封存概述.1 1.1什么是 CCUS？ 1 1.2 CCUS的定位 . 4 2.全球CCUS潜力和发展路径 6 2.1 全球和主要国家 CCUS封存潜力 6 2.2国际机构对 CCUS贡献的评估 10 2.3主要发达国家和地区 CCUS发展路径 14 3.中国CCUS发展需求与潜力 17 3.1中国 CCUS现状 17 3.2碳中和目标下的中国 CCUS减排需求 22 3.3基于源汇匹配的中国 CCUS减排潜力 27 3.4中国 CCUS成本评估 33 4.政策建议.37 参考文献.38 附表 中国CCUS项目基本情况表 .46 011 1.二氧化碳捕集利用与封存概述 1.1 什么是 CCUS ？ 二氧化碳（ CO 2 ）捕集利用 与封存 (CCUS) 是指将 CO 2 从工 业过程、能源利用或大气中分离 出来，直接加以利用或注入地层 以实现 CO 2 永久减排的过程 ( 图 1)。CCUS 在二氧化碳捕集与封 存 (CCS) 的基础上增加了“利用 (Utilization)”，这一理念是随着 CCS技术的发展和对 CCS技术认 识的不断深化，在中美两国的大力 倡导下形成的，目前已经获得了国 际上的普遍认同。 CCUS按技术流 程分为捕集、输送、利用与封存等 环节 (图 2)。 CO 2 捕集是指将 CO 2 从工业生 产、能源利用或大气中分离出来的 过程，主要分为燃烧前捕集、燃烧 后捕集、富氧燃烧和化学链捕集。 CO 2 输送是指将捕集的 CO 2 运 送到可利用或封存场地的过程。根 据运输方式的不同，分为罐车运输、 船舶运输和管道运输，其中罐车 运输包括汽车运输和铁路运输两 种方式。 CO 2 利用是指通过工程技术手 段将捕集的 CO 2 实现资源化利用 的过程。根据工程技术手段的不同， 可分为 CO 2 地质利用、 CO 2 化工利 用和 CO 2 生物利用等。其中， CO 2 地质利用是将 CO 2 注入地下，进 而实现强化能源生产、促进资源开 采的过程，如提高石油、天然气采 收率，开采地热、深部咸（卤）水、 铀矿等多种类型资源。 CO 2 封存是指通过工程技术手 段将捕集的 CO 2 注入深部地质储 层，实现 CO 2 与大气长期隔绝的 过程。按照封存位置不同，可分为 陆地封存和海洋封存；按照地质封 存体的不同，可分为咸水层封存、 枯竭油气藏封存等。 生物质能碳捕集与封存 （BECCS）和直接空气碳捕集与封 存（DACCS）作为负碳技术受到 01 中国二氧化碳捕集利用与封存(CCUS)年度报告(2021) 二氧化碳捕集利用与封存概述 图 1 CCUS 技术及主要类型示意图 罐车 运输 化工、生物利用 生物质能 碳捕集与 封存 (BECCS) 工业企业 尾气封存 海底咸水层封存 管道运输 枯竭油气藏封存 强化石油、天然气开采 陆地咸水层封存 驱替煤层气 直接空气碳捕集 与封存(DACCS) 02 中国二氧化碳捕集利用与封存(CCUS)年度报告(2021) 二氧化碳捕集利用与封存概述 图 2 CCUS 技术环节 了高度重视。 BECCS 是指将生物 质燃烧或转化过程中产生的 CO 2 进行捕集、利用或封存的过程， DACCS 则是直接从大气中捕集 CO 2 ，并将其利用或封存的过程。 直接 空气捕集 工业过程 化石燃料 电厂 生物质 利用过程 传统 CCUS BECCS DACCS 罐车运输 地质利用 化工利用 生物利用 陆地封存 海洋封存 管道运输 船舶运输 CO 2 捕集 CO 2 输送 CO 2 封存 CO 2 利用 注：来自中国 21世纪议程管理中心（2021） 03 中国二氧化碳捕集利用与封存(CCUS)年度报告(2021) 二氧化碳捕集利用与封存概述 1.2 CCUS 的定位 2020 年 9 月，习近平主席在 第 75 届联合国大会宣布，中国 CO 2 排放力争于 2030 年前达到峰 值，力争 2060 年前实现碳中和。 这是中国对全球气候治理和落实 《巴黎协定》的积极举措。习近平 主席的对外宣示开启了中国应对气 候变化的新征程。截至 2021 年 5 月，温室气体排放占比超过 65%、 国内生产总值（ GDP）占比超过 75%的全球 131个国家宣布了碳中 和目标。中国和其他国家碳中和目 标的逐渐明确及碳减排工作的加快 推进，使得 CCUS的定位和作用愈 加凸显。 CCUS是目前实现化石能源低 碳化利用的唯一技术选择。中国能 源系统规模庞大、需求多样，从 兼顾实现碳中和目标和保障能源安 全的角度考虑，未来应积极构建以 高比例可再生能源为主导，核能、 化石能源等多元互补的清洁低碳、 安全高效的现代能源体系。 2019 年，煤炭占中国能源消费的比例高 达 58%，根据已有研究的预测， 到 2050年，化石能源仍将扮演重 要角色，占中国能源消费比例的 10%~15%。CCUS 将是实现该部分 化石能源近零排放的唯一技术选择。 CCUS是碳中和目标下保持电 力系统灵活性的主要技术手段。碳 中和目标要求电力系统提前实现净 零排放，大幅提高非化石电力比例， 必将导致电力系统在供给端和消费 端不确定性的显著增大，影响电力 系统的安全稳定。充分考虑电力系 统实现快速减排并保证灵活性、可 靠性等多重需求，火电加装 CCUS 是具有竞争力的重要技术手段，可 实现近零碳排放，提供稳定清洁低 碳电力，平衡可再生能源发电的波 动性，并在避免季节性或长期性的 电力短缺方面发挥惯性支撑和频率 控制等重要作用。 CCUS是钢铁水泥等难以减排 行业低碳转型的可行技术选择。国 际能源署 (IEA) 发布 2020 年钢铁 行业技术路线图，预计到 2050年， 钢铁行业通过采取工艺改进、效率 提升、能源和原料替代等常规减排 04 中国二氧化碳捕集利用与封存(CCUS)年度报告(2021) 二氧化碳捕集利用与封存概述 方案后，仍将剩余 34% 的碳排放 量，即使氢直接还原铁 (DRI)技术 取得重大突破，剩余碳排放量也超 过 8%。水泥行业通过采取其他常 规减排方案后，仍将剩余 48% 的 碳排放量。 CCUS是钢铁、水泥等 难以减排行业实现净零排放为数不 多的可行技术选择之一。 CCUS与新能源耦合的负排放 技术是实现碳中和目标的重要技术 保障。预计到 2060 年，中国仍有 数亿吨非 CO 2 温室气体及部分电 力、工业排放的 CO 2 难以实现减排， BECCS及其他负排放技术可中和 该部分温室气体排放，推动温室气 体净零排放，为实现碳中和目标提 供重要支撑。 05 中国二氧化碳捕集利用与封存(CCUS)年度报告(2021) 二氧化碳捕集利用与封存概述 2.全球CCUS潜力和发展路径 2.1 全球和主要国家 CCUS 封存潜力 全球陆上理论封存容量为 6~42万亿吨，海底理论封存容量为 2~13万 亿吨。在所有封存类型中，深部咸水层封存占据主导位置，其封存容量占 比约 98%，且分布广泛，是较为理想的 CO 2 封存场所；油气藏由于存在完 整的构造、详细的地质勘探基础等条件，是适合 CO 2 封存的早期地质场所。 中国地质封存潜力约为 1.21~4.13万亿吨。中国油田主要集中于松辽盆 地、渤海湾盆地、鄂尔多斯盆地和准噶尔盆地，通过 CO 2 强化石油开采技 术 (CO 2 -EOR)可以封存约 51亿吨 CO 2 。中国气藏主要分布于鄂尔多斯盆地、 四川盆地、渤海湾盆地和塔里木盆地，利用枯竭气藏可以封存约 153亿吨 CO 2 ，通过 CO 2 强化天然气开采技术 (CO 2 -EGR)可以封存约 90亿吨 CO 2 。 中国深部咸水层的 CO 2 封存容量约为 24 200亿吨，其分布与含油气盆地分 布基本相同。其中，松辽盆地 (6 945亿吨 )、塔里木盆地 (5 528亿吨 )和渤 海湾盆地 (4 906亿吨 )是最大的 3个陆上封存区域，约占总封存量的一半。 除此之外，苏北盆地 (4 357亿吨 )和鄂尔多斯盆地 (3 356亿吨 )的深部咸 水层也具有较大的 CO 2 封存潜力。 亚洲除中国以外的国家地质封存潜力约为 4 900~5 500亿吨。日本的 CO 2 地质封存潜力约为 1 400亿吨，主要分布在日本岛屿周围面积较大的 沉积盆地，包括东京湾盆地、大阪湾盆地、九州地区北部区域以及伊势湾 盆地。韩国深部咸水层的 CO 2 封存潜力约为 9.4亿吨，其中北平盆地的封 存潜力约为 9亿吨、浦项盆地的封存潜力约为 0.4亿吨；韩国含油气盆地 主要为油藏，其中乌龙盆地油藏的 CO 2 封存潜力约为 30亿吨、济州盆地 约为 235亿吨、群山盆地约为 3亿吨。印度尼西亚、泰国、菲律宾和越南 总封存潜力约为 540亿吨。 06 中国二氧化碳捕集利用与封存(CCUS)年度报告(2021) 全球CCUS潜力和发展路径 北美地质封存潜力约为 2.3~21.53万亿吨。根据美国地质调查局 (USGS) 对美国 36个盆地的单个储存评估单元进行地质构造技术可封存容量的评 估，全国平均封存容量约为 3万亿吨。全球碳捕集与封存研究院 (GCCSI) 基于已有的信息，认为美国拥有 2~21万亿吨封存潜力。 北美碳封存图册 (NACSA)显示，美国和加拿大含油气盆地 CO 2 封存 潜力分别为 1 200亿吨和 160亿吨，咸水层封存潜力分别为 16 100~201 550 亿吨和 280~2 960亿吨。墨西哥的咸水层封存潜力超过 1 000亿吨。 欧洲地质封存潜力约为 5 000亿吨。欧洲含油气盆地主要分布于北海、 西欧和东欧，咸水层盆地则主要分布于西欧和东欧。根据欧盟 GeoCapacity 项目评估结果，欧洲含油气盆地的 CO 2 封存潜力为 300亿吨，深部咸水层 的封存潜力为 3 250亿吨。据 Anthonsen et al. 保守估计，欧洲 25个国家的 油气藏、咸水层和煤层封存潜力约为 1260亿吨。 挪威CCS-北极光项目建设现场——武龙 摄 07 全球CCUS潜力和发展路径 中国二氧化碳捕集利用与封存(CCUS)年度报告(2021) 澳大利亚地质封存潜力约为 2 200~4 100亿吨。澳大利亚共有 65个适 合 CO 2 封存的沉积构造，潜在的 CO 2 封存沉积盆地主要分布于沿海和中部 地区。 国家 /地区国家 地区 理论封存容量理论封存容量 (百亿吨 )百亿吨 2019年排放量年排放量 (亿吨 /年 )亿吨 年 至 2060年 CO至 年 2 累积累积 排放量估值 (百亿吨 )排放量估值 百亿吨 中国 121~413 98 40 亚洲（除中国） 49~55 74 30 北美 230~2153 60 25 欧洲 50 41 17 澳大利亚 22~41 4 1.6 数据来源：Bradshaw et al., 2004; Flett et al., 2008; Cook, 2009; Takahashi et al., 2009; Vangkilde- Pedersen et al., 2009; Ogawa et al., 2011; Kim et al., 2013; Wright et al., 2013; Lee et al.，2014; Wei, 2015; Kim et al., 2016; GCCSI, 2019a, 2019b, 2020。 2019年排放量数据来自 BP, 2021；至 2060年 CO 2 累积排放量估值是按照 2019年至 2060年排放量不变计算。 表 1 世界主要国家及地区 CCUS 地质封存潜力与二氧化碳排放 08 中国二氧化碳捕集利用与封存(CCUS)年度报告(2021) 全球CCUS潜力和发展路径 图 3 世界主要国家及地区 CCUS 地质封存潜力与二氧化碳排放量 注：图中数据来自表 1 ，数值取区间的中值。 中国 欧洲 亚洲（除中国） 北美 52 30 1 192 25 50 17 32 1.6 267 40 澳大利亚 理论封存容量（百亿吨） 至2060 年累计排放量（百亿吨）（估值） 09 全球CCUS潜力和发展路径 中国二氧化碳捕集利用与封存(CCUS)年度报告(2021) 不同研究对 CCUS在不同情景 中的减排贡献评估结果差异较大。 2030 年，CCUS 在不同情景中的 全球减排量为 1~16.7 亿吨 / 年， 平均为 4.9 亿吨 / 年； 2050 年为 27.9~76 亿吨 / 年，平均为 46.6 亿 吨 /年。 联合国政府间气候变化专门 委员会(IPCC)在《IPCC全球升 温1.5℃特别报告》中指出，2030 年不同路径CCUS的减排量为1~4 亿吨/年，2050年不同路径CCUS 的减排量为30~68亿吨/年。IPCC 在第五次评估报告 (2014年 )中指 出，CCS 对于全球温室气体减排 具有非常重要的意义，绝大多数不 考虑 CCS 技术的模型，都无法在 2100 年实现 450 ppm CO 2 当量浓 度的目标。《 IPCC 全球升温 1.5℃ 特别报告》对 90种情景进行了评 估，几乎所有情景都需要 CCS 的 参与才能够将温升控制在 1.5℃范 围内。90% 的情景要求全球封存量 在 2050年达到 36亿吨 /年。 2020 年全球的 CO 2 捕集和封存量约为 4 000 万吨 / 年，为了实现 IPCC 2.2 国际机构对 CCUS 贡献的评估 提出的 1.5℃情景， 2050年的捕集 和封存量需要增加约 100倍。在实 现 1.5℃目标的四种情景中，仅有 终端能源需求大幅下降的情景没有 使用 CCUS。在其他三种情景中， 从 2020 年到 2100 年，CCUS 技术 要逐步实现 3480亿吨的累积减排 量。BECCS 的部署在 2030年仍然 有限 (3亿吨，情景中位数水平 )。 在将全球温升限制在 1.5℃且没有 或仅有限过冲的路径中，到 2030 年全球净人为 CO 2 排放量在 2010 年的水平上减少约 45%，在 2050 年左右全球 CO 2 达到净零排放， BECCS规模约为 45亿吨。在不高 于或略超过 1.5℃的路径中，使用 CCS 能够让天然气发电的份额在 2050年达到约 8%。 国际能源署(IEA)可持续发 展情景(Sustainable Development Scenario)的目标是全球于2070年 实现净零排放，CCUS是第四大贡 献技术，占累积减排量的15%。 IEA 可持续发展情景描述了实现 《联合国可持续发展议程》与能源 相关的关键目标所需要的重要手 010 中国二氧化碳捕集利用与封存(CCUS)年度报告(2021) 全球CCUS潜力和发展路径 段。这包括依据《巴黎协定》尽 早实现碳达峰和达峰后的迅速减 排，以及到 2030年普及现代能源。 IEA可持续发展情景中， CCUS重 要性随时间不断增加， CCUS的角 色可以大致分为三个阶段：第一阶 段是 2030年之前，重点将放在已 有发电厂和工业过程的碳捕集，比 如煤电、化学制品、肥料、水泥以 及炼钢冶金。第二阶段为 2030年 到 2050 年，CCUS 部署将快速增 图 4 IEA 可持续发展情景下 CCUS (IEA，2020) 加，尤其是在水泥、钢铁和化工产 业中，将占到这个阶段中碳捕集增 量的近三分之一。 BECCS 的部署 也将快速增加，占到 15%，尤其是 在发电和低碳生物燃料方面。第三 阶段，2050 年到 2070年，捕集比 前一阶段增长 85%，其中 45% 来 自于 BECCS，15% 来自于 DAC。 天然气相关的 CO 2 捕集主要是来 自于蓝氢 (化石能源制氢 +CCUS) 生产及天然气发电。 102 46 44 148 2050年 CO 2 净排放: 94亿吨 1 1 1 8 2 0.2 10 利用 29 67 66 96 2070年 0.5 8 5 26 4 3 30 化石燃料 空气源捕集 生物质能源 利用 捕集 捕集 封存 封存 封存 CO 2 净零排放 利用 利用 封存 封存 封存 单位：亿吨 011 全球CCUS潜力和发展路径 中国二氧化碳捕集利用与封存(CCUS)年度报告(2021) IEA 2050年全球能源系统净 零排放情景(Net-Zero Emissions， NZE)下，2030年全球CO 2 捕集 量为16.7亿吨/年，2050年为76 亿吨/年。2030 年来自化石燃料 及工业过程、生物质能和 DAC的 碳捕集量分别为 13.25、2.55 和 0.9 亿吨。其中，大约 4%的燃煤电厂 (50 GW) 及 1% 的天然气电厂 (30GW) 需要配备 CCUS。2050 年来自化 石燃料及工业过程、生物质能和 DAC 的碳捕集量分别为 52.45、 13.8 和 9.85 亿吨。其中，捕集的 CO 2 中约 95%进行永久地质封存， 5%用于合成燃料。配备 CCUS的 燃煤电厂和天然气电厂的比例分别 上升至约 50%(220 GW)和 7%(170 GW)。 在国际可再生能源机构 （IRENA）深度脱碳情景下，2050 年CCUS将贡献约6%年减排 量，即27.9亿吨/年。IRENA 在 其 2020 年发布的《利用可再生 能源达到零排放》报告和《全球 可再生能源展望》中，对未来全 球 CO 2 排放提出了四个情景： (1) 基线能源情景 (Baseline Energy Scenario)，即巴黎协定签署时的政 策情景； (2)计划能源情景 (Planned Energy Scenario)，即截至 2019 年 各个国家政府的计划政策情景； (3) 能源转型情景 (Transforming Energy Scenario)，即更加具有雄 心但仍然可行的情景； (4) 深度 脱碳展望 (Deeper Decarbonisation Perspective)，即要在 2050―2060 年期间实现净零排放的情景。 到 2050 年，从计划能源情景 到能源转型情景，碳减排技术手段 将贡献 10% 的减排量，大约 26.1 亿吨。从能源转型情景到深度脱碳 展望，则存在两种情形：一种是零 排放，即对所有的发电和工业过程 进行深度去碳化，从而达到近零排 放。该情形主要靠可再生能源和清 洁能源，所以 CCUS只占到 2%， 贡献大约为 2 亿吨 / 年，主要在 水泥行业；另一种是净零排放， CCUS 则占到了 34%，贡献量为 35亿吨 /年。总体来看，从基线能 源情景（ 2050 年碳排放量 465 亿 吨）到深度脱碳展望的零排放情景， 2050 年碳减排技术大约占到了总 体年度减排量的 6%(27.9亿吨 /年 )。 012 中国二氧化碳捕集利用与封存(CCUS)年度报告(2021) 全球CCUS潜力和发展路径 图 5 全球主要机构评估的 CCUS 贡献 注：IPCC(2018)：将全球升温控制在 1.5℃范围内。不同路径全球零排放时间：低于 1.5℃― 2044；无过冲 1.5℃― 2050；没有或有限过冲 1.5℃― 2050；高过冲 1.5℃― 2052；低于 2℃― 2070；高于 2℃― 2085；国际能源署 (IEA, 2020)：可持续发展情景。实现《联合国可持续发展议 程》与能源相关的关键目标所需要的重要手段，包括依据《巴黎协定》尽早实现碳达峰和达峰后 的迅速减排，到 2030年普及现代能源， 2070年实现全球零排放；国际可再生能源机构 (IRENA, 2020a; 2020b)：深部脱碳展望， 2050― 2060期间达到净零排放；中国科学院碳中和重大咨询报告 (2021)。 IEA 可持续发展 104.09 2030 2050 2070 IEA 可持续发展 56.35 IPCC 低于1.5℃ 4 0 20 40 60 80 100 120 机构 情景 减排量 CCUS 减排量（亿吨/ 年） 无过冲1.5℃ 3 没有或有限过冲1.5℃ 4 高过冲1.5℃ 低于2℃ 高于2℃ 1 IEA 可持续 发展 8.4 低于1.5℃ 34 无过冲1.5℃ 46 IPCC 没有或有限过冲1.5℃ 45 IPCC 高过冲1.5℃ 68 高于2℃ 30 低于2℃ 36 IRENA 深部脱碳展望 27.9 IEA 2050净零排放 16.7 IEA 2050净零排放 76 均值：46.6 均值：4.9 年份 013 全球CCUS潜力和发展路径 中国二氧化碳捕集利用与封存(CCUS)年度报告(2021) 美国2020年新增 12个 CCUS 商业项目。运营中的 CCUS 项目 增加至 38 个，约占全球运营项目 总数的一半，CO 2 捕集量超过 3 000 万吨。美国 CCUS项目种类多样， 包括水泥制造、燃煤发电、燃气发 电、垃圾发电、化学工业等。半数 左右的项目已经不再依赖 CO 2 -EOR 得到收益。这得益于美国政府推出 的补贴政策。美国 CCUS项目可以 通过联邦政府的 45Q税收抵免 (Tax credit)和加州政府的低碳燃料标准 (California Low Carbon Fuel Standard) 获得政府和地方的财政支持。这些 举措大幅改善了 CCUS项目的可行 性并使其长期健康运行成为可能。 另外，2020 年美国能源部投入 2.7 亿美元支持 CCUS项目，也极大地 鼓励了 CCUS项目的发展。 45Q税 在实现 1.5℃目标的前提下， 2030 年、2040 年和 2050 年，美国 CCUS的减排量分别在 0.91~8亿吨、 年份年份 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025 2026 地质封存 25.70 28.74 31.77 34.81 37.85 40.89 43.92 46.96 50.00 EOR/CCU 15.29 17.76 20.22 22.68 25.15 27.61 30.07 32.54 35.00 注：数据来源于美国财政部。 表 2 45Q 税务抵免政策的二氧化碳补贴价格 ( 美元 / 吨 CO 2 ) 2.3 主要发达国家和地区 CCUS 发展路径 收抵免政策经过 2018年的修订后， 每吨 CO 2 的补助金额得到大幅提升。 45Q采用递进式 CO 2 补贴价格的设 定方式，如表 2所示。其中， CO 2 地质封存的补贴价格由 25.70 美 元 / 吨 CO 2 (2018 年 ) 递增至 50.00 美元 / 吨 CO 2 (2026 年 )，非地质 封存 ( 主要指 CO 2 -EOR 和 CO 2 利 用 ) 的补贴价格由 15.29 美元 / 吨 CO 2 (2018 年 ) 递增至 35.00 美元 / 吨 CO 2 (2026年 )。 2021年 1月 15日， 美国发布 45Q 条款最终法规，抵 免资格分配制度更加灵活，明确私 人资本有机会获得抵免资格。这种 方式使得投资企业可以确保 CCUS 项目的现金流长期稳定，并大大降 低了项目的财务风险，从而鼓励企 业投资新的 CCUS项目。 6~17.3 亿吨和 9~24.5 亿吨之间。 2050年在 9~24.5亿吨之间。与 2020 年运行中的 3 000 万吨 CCUS 设备 014 中国二氧化碳捕集利用与封存(CCUS)年度报告(2021) 全球CCUS潜力和发展路径 容量相比，美国需要在 2050年前 新建大量的 CCUS项目来实现其气 候目标。 欧盟2020 年有 13 个商业 CCUS 项目正在运行，其中爱尔 兰 1 个，荷兰 1 个，挪威 4 个， 英国 7 个。另有约 11 个项目计划 在 2030年前投运。欧洲主要的商 业 CCUS设施集中于北海周围，而 在欧洲大陆的 CCUS项目由于制度 成本以及公众接受度等各种因素， 进展较为缓慢。与美国不同，欧 洲 CCUS 项目的 CO 2 减排价值主 要依靠欧盟碳交易市场 (EU ETS) 和 EOR来体现。 2020年前，欧洲 碳交易市场的 CO 2 价格较低，该 市场对 CCUS 项目的支持力度有 限。另外，碳交易市场的碳价不确 定性也影响了企业对 CCUS 投资 的判断。欧洲 NER300、Horizon 2020、Horizon Europe 等基金都发 布了为 CCUS 项目提供公共资金 支持的计划。但 NER300因为最终 没有为任何一个 CCUS 项目提供 支持而受到批评。欧盟一直积极推 进低碳经济，并采用积极的政策与 制度来推进低碳转型。 2020 年欧 洲绿色协议 (European Green Deal) 和欧洲气候法案 (Climate Law) 将 2050 年净零排放的目标变成了政 治目标和法律义务。这使得今后欧 洲可能施行更多的减排政策。由于 CCUS是一项重要的减排手段，可 以预见欧洲将会采取更加积极的政 策来支持 CCUS。2020 年 6月创立 的总额为 100亿欧元的欧洲创新基 金 (Innovation Fund)被广泛认为会 成为今后 CCUS项目的主要公共资 金来源。值得注意的是，与其他低 碳能源项目相比，欧盟的政策对于 CCUS的支持是谨慎和保守的。 在实现 1.5°C目标的前提下， 2030年欧盟 CCUS减排量在 2 000 万吨至 6.04 亿吨之间； 2040 年 在 1.4~15.7 亿吨之间； 2050 年在 4.3~22.3亿吨之间。在欧盟官方于 2018 年公布的 1.5LIFE( 可持续生 活情景 ) 和 1.5TECH( 技术情景 ) 情景中， 2050 年 CCUS 减排量在 3.7~6亿吨之间。值得注意的是， 与其他综合评价模型的减排量相 比，在欧盟政策制定过程中参考使 用的官方模型 POLES以及欧盟官 方公布的 1.5℃情景中 2030―2050 年 CCUS减排量明显偏低。 日本由于地质条件原因，没有 015 全球CCUS潜力和发展路径 中国二氧化碳捕集利用与封存(CCUS)年度报告(2021) 美国 欧盟 日本 2030 2040 2050 2060 2030 2040 2050 2060 2030 2040 2050 2060 0 5 10 15 20 25 30 CCUS 减排量（亿吨） 4 10 16 13 3 6 10 12 1 3 4 5 年份 可用于 EOR的油气产区，所以日 本的 CCUS项目多为海外投资，例 如美国的 Petra Nova项目，东南亚 的 EOR项目等。日本本土的全流 程项目有 2012 年开始建设、 2016 年开始运行的苫小牧 CCS 项目。 广岛的整体煤气化联合循环发电 (IGCC)项目已经开始了 CO 2 捕集， 并准备在今后开展 CO 2 利用的实 证试点。日本政府在 2020年宣布 了 2050年净零排放的目标。同年 议会通过了成长战略并且制定了施 注：图中的点代表具体模型或者战略研究数据；红色线条代表某时间节点的中位数 (图中数字标注 )； 数据来源：SSP 数据库；CD-LINKS 数据库；European Commission, 2018