用碳“換”油，國內首個百萬噸級CCUS(二氧化碳捕集、利用與封存)項目建成，即將全面投產——
2021年11月4日，位于山東省東營市東營區(qū)的勝利油田萊113區(qū)塊，員工在進行二氧化碳注入作業(yè)。劉智峰攝(人民視覺)
齊魯石化第二化肥廠氣體聯(lián)合車間員工正在調控4000立方米二氧化碳球罐達到最佳工作狀態(tài)。曹業(yè)琦攝
二氧化碳捕集、利用與封存過程示意圖。圖表來源于網絡
節(jié)能降碳，不止靠種樹，也要靠技術。如今，二氧化碳捕集、利用與封存(CCUS)技術正日益受到國內外關注。
CCUS是指將二氧化碳從工業(yè)或其他碳排放源中捕集，并運輸到特定地點加以利用或封存的技術，具有減排規(guī)模大、減排效益明顯的特點，被形象地稱為“碳捕手”。聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會指出，CCUS是確保實現(xiàn)《巴黎協(xié)定》氣候目標的重要技術支撐，絕大多數氣候模式都需要以它實現(xiàn)深度減排目標。
從全球來看，CCUS項目歐美發(fā)達國家布局較早，而中國也已進入工業(yè)化示范階段。今年1月29日，中國石化集團建設的國內首個百萬噸級CCUS項目——齊魯石化-勝利油田CCUS項目建成中交，投產后每年可減排二氧化碳100萬噸，相當于植樹近900萬棵、近60萬輛經濟型轎車停開1年。
那么，這個中國目前最大的“碳捕手”具體是怎么工作的?CCUS在中國的前景如何?
“吃”進二氧化碳，“吐”出石油
齊魯石化-勝利油田CCUS項目由兩部分組成：齊魯石化負責二氧化碳捕集，勝利油田負責二氧化碳驅油與封存。在因CCUS項目走到一起之前，兩家企業(yè)各有各的“煩惱”。
化工企業(yè)是碳排放大戶。由于產品特性，即使在改進工藝和優(yōu)化能源結構后，化工企業(yè)仍需要消耗大量化石能源，從而有二氧化碳的剛性排放。因此，在全球低碳時代，化工、水泥、鋼鐵這些傳統(tǒng)行業(yè)的減碳壓力陡增。
對油田來說，如何創(chuàng)新發(fā)展大幅提高石油采收率技術，研發(fā)新的驅油方式迫在眉睫。要解決這個難題，其中一個思路就是利用高純度的二氧化碳。
一個想減碳，一個想求碳，雙方一拍即合。
“齊魯石化第二化肥廠煤氣化裝置排放的尾氣屬于優(yōu)質的二氧化碳資源，不僅排放量大，而且提純后純度可達99%以上。”齊魯石化第二化肥廠氣體聯(lián)合車間主任耿濤告訴記者，通過深冷和壓縮技術，以及自主研發(fā)的捕集設備，齊魯石化每年可以回收100萬噸的二氧化碳。被捕集的這些二氧化碳會由專門的運輸車輛運往80公里外的勝利油田。在那里，10余座無人值守的注氣站將日夜不停地向附近的注入井加注這種新型“驅油神氣”。
“將收集的二氧化碳注入油層，可以增加原油流動性，同時‘無孔不入’的二氧化碳也能把巖層縫隙中的原油‘驅趕’出來，從而大幅提高石油采收率。”中國石化高級專家、勝利油田CCUS項目部經理陳軍表示，二氧化碳驅油的效率比水高40%，預計未來15年可實現(xiàn)增油近300萬噸。
更重要的是，通過置換油氣、溶解與礦化作用，注入的二氧化碳實現(xiàn)了地下封存。“一次封存率能到60%至70%。”勝利油田勘探開發(fā)研究院首席專家兼氣驅試驗室經理張傳寶說，小部分二氧化碳會隨著原油一塊采出，但仍會被勝利油田自主攻關研制的“伴生氣捕集回注系統(tǒng)”捕捉，重新注回油井，從而最終使封存率接近100%。由此，既能提高石油產量，還能減少二氧化碳向空氣中的排放，兼具生態(tài)效益與經濟效益的CCUS項目，真正做到了“變廢為寶”。
中國石化集團副總工程師兼齊魯分公司代表、黨委書記韓峰介紹說：“齊魯石化-勝利油田CCUS項目投產后可有力推進化石能源潔凈化、潔凈能源規(guī)模化、生產過程低碳化，形成可復制、可推廣的石化經驗。”
降低成本、形成商業(yè)化模式是關鍵
對“碳捕手”們來說，成本與商業(yè)化問題始終是一個挑戰(zhàn)。只有形成各方都“有利可圖”的商業(yè)模式，才能吸引更多企業(yè)采用CCUS技術，推動CCUS產業(yè)進入自我良性循環(huán)。
以齊魯石化-勝利油田項目為例，CCUS的經濟賬該怎么算?
簡單來說，如果不考慮其他因素，勝利油田多產的原油，就是這條產業(yè)鏈上最終利潤的來源。油田多產原油，有了收益，才愿意拿出一部分向上游齊魯石化購買二氧化碳。而只有這部分“買碳錢”大于齊魯石化進行碳捕集和運輸的成本，上游企業(yè)才有動力繼續(xù)做這件事。這是“用碳驅油”場景下最基礎的商業(yè)模式。
然而，原油價格隨國際市場有起有落，給整個項目收入帶來了不確定性。如何對抗市場風險?無非節(jié)流、開源兩條路。
節(jié)流，就是從各個環(huán)節(jié)降低經濟成本。耿濤告訴記者，比如在運營環(huán)節(jié)，齊魯石化充分利用節(jié)能新技術，回收各環(huán)節(jié)余熱、余壓，提高裝置能量利用效率，既降低了運行成本，也避免了“在減碳過程中增加碳排放”。又如在運輸環(huán)節(jié)，勝利油田高級專家呂廣忠估算，目前通過罐車運輸，1噸二氧化碳運送1公里需要0.8元-1元，而使用管道運輸成本至少能降一半左右。在談到項目下一步發(fā)展時，勝利油田工程建設管理部經理孫寧松表示：“要按照中國石化統(tǒng)一部署，盡早啟動并建成齊魯石化到勝利油田的二氧化碳輸送管道，進一步降低運輸成本，打造成可復制可推廣的CCUS全產業(yè)鏈示范基地和標桿工程。”
“總體來看，CCUS能夠將二氧化碳從排放源頭攔截，稱得上減碳的‘強效藥’;由于技術環(huán)節(jié)多、工程復雜，目前還是一種成本很高的‘貴價藥’。”中國環(huán)境學會CCUS專委會副主任彭勃說，“但隨著材料化學等領域的技術進步和大規(guī)模工業(yè)化應用，成本制約有望破除。”
開源方面，除了拓寬二氧化碳市場如應用于建筑材料、農業(yè)肥料、工業(yè)化學原料等之外，一些業(yè)內人士也指出了碳排放交易體系的潛力。中國國際工程咨詢有限公司高級工程師張建紅建議將碳捕集量核定為碳匯量，納入全國碳交易市場進行交易，通過碳匯項目補償機制保障CCUS項目穩(wěn)定的資金來源。
潛力巨大，不可或缺
“碳捕手”之所以重要，主要在于其不可或缺。
據中國工程院預測，2060年中國一次能源消費量將達55.7億噸標煤，其中化石能源消費占比約26.8%，將產生27.1億噸的二氧化碳排放量。通過森林、草原、濕地等抵消16億-19億噸后，仍有10億噸左右的缺口。如果2060年中國要實現(xiàn)碳中和，這個缺口該由誰來填補呢?目前來看，以CCUS為代表的人工減碳固碳技術，是最有可能的候選。
正如清華大學環(huán)境學院教授王燦所說：“樂觀情景下，可再生能源未來全面替代化石能源，能源系統(tǒng)的碳排放量將非常小，可以用農林碳匯抵消，那么，我們對CCUS的依賴將非常小。但還有另一種情景，考慮能源安全、產業(yè)結構、擱淺資產風險、電網穩(wěn)定性要求等，未來還需要依賴一定的化石能源，此時，要實現(xiàn)碳中和就必須部署相應規(guī)模的CCUS項目。”
既然缺口如此大，中國的“碳捕手”們能擔此重任嗎?答案是：中國二氧化碳地質封存的潛力巨大，且具備大規(guī)模捕集利用與封存的工程能力。由生態(tài)環(huán)境部環(huán)境規(guī)劃院牽頭編寫的《中國二氧化碳捕集利用與封存 (CCUS)年度報告(2021)》顯示，中國通過“用碳驅油”與“用碳換氣”技術，可分別封存二氧化碳約51億噸、90億噸，利用枯竭氣藏可封存約153億噸。
正是看到了“碳捕手”的可觀前景，世界各國開始紛紛上馬CCUS項目，美國、英國、日本、澳大利亞等國家紛紛制定政策鼓勵CCUS發(fā)展。據《劍橋能源論壇》雜志的數據，目前全球正在運行中的CCUS裝置接近30座，碳捕集超過4000萬噸/年。國際能源署預測，全球利用CCUS減碳在2030、2035、2050年將分別達到16億噸、40億噸、76億噸，占2020年全球碳排放總量的4.7%、11.8%、22.4%，CCUS技術在未來全球減排降碳中將扮演重要角色。
在中國，CCUS行業(yè)也愈發(fā)受到重視。2021年，中國首次將開展CCUS重大項目示范納入國家“十四五”規(guī)劃;同年發(fā)布的《中共中央國務院關于完整準確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達峰碳中和工作的意見》，CCUS被列入綠色低碳重大科技，并提出“推進規(guī)模化碳捕集利用與封存技術研發(fā)、示范和產業(yè)化應用”;人民銀行推出的碳減排支持工具也為CCUS提供金融支持……
更多“碳捕手”正在如火如荼地建設：中國石油在今年2月啟動300萬噸CCUS重大工程示范項目;廣匯能源300萬噸CCUS項目在今年3月正式開工建設;中海油海上千萬噸CCUS集群項目已簽署諒解備忘錄……
“近兩年來，各個渠道圍繞碳中和在全民范圍內做了很大的政策和科學普及，碳捕集利用與封存對于實現(xiàn)碳中和的重要性已被更廣泛地認識到。”中國環(huán)境學會CCUS專委會秘書長張九天說，“相信未來會有更多的激勵措施出臺。”
