碳捕集、利用与封存（Carbon Capture Utilization and Storage，CCUS）是指将化石能源燃烧排放的二氧化碳从电厂、钢铁厂、水泥厂等固定排放源中分离出来，经提纯和压缩后，运输到特定地点，注入储层封存以实现二氧化碳与大气长期分离的过程。碳捕集、利用与封存技术是二氧化碳捕集、压缩、运输、封存、监测等一系列技术的集成，是唯一可以在实现继续使用化石能源的同时大规模减缓二氧化碳向大气中排放的低碳技术。
CCUS的这一独特优势吸引了很多国家积极研究，目前这一技术整体上处于产业化示范期，发达国家计划在2025年左右实现商业化推广。中国以煤为主的能源结构对这一技术有潜在的、巨大的市场需求，近几年中国不断加大投入力度，但同发达国家相比，我们在战略、技术、资金、政策等方面仍有差距，这不利于增强中国在未来低碳经济中的竞争力。中国亟需制定全面的CCUS发展战略，统筹研发、示范、推广的节奏，加强技术储备和政策储备，降低发展风险。
CCUS技术特点
(一) CCUS是多种技术组成的复杂技术群
碳捕集、利用与封存技术是由捕集、输送、利用、封存和集成五大类技术组成的复杂技术群，总体而言，尽管CCUS有较好的技术基础，但仍在多个环节存在问题限制了其推广应用。其中，捕集用于把发电厂、钢铁厂等固定排放源排放的二氧化碳分离提纯，包括燃烧后、燃烧前、富氧燃烧和化学链反应等不同工艺。降低捕集成本是捕集技术发展的主要目标；可通过公路、铁路、船舶、管道等不同方式输送二氧化碳，不同输送方式在操作条件、运量、灵活性、成本、泄露风险等方面不相同，长期来看，管道将是主要的输送方式；二氧化碳可广泛用于强化石油开采（EOR）、强化煤层气开采（ECBM）以及合成有机化合物等工业领域，但相比大规模的减排量而言，二氧化碳的应用数量有限；封存包括地质与海洋封存，排放源与封存地的“源汇匹配”问题和长期封存的泄露风险问题是封存的主要问题，如何根据排放源、封存地点、输送路线、市场条件、政策法规等对整个CCUS价值链进行优化是十分重要的集成问题；此外，全流程的CCUS技术集成正处于从实验室到工厂的示范阶段，通过建设和运行不同规模的碳捕集、利用与封存装置逐步解决工程“放大（Scaling up）”问题是另一个需要解决的集成问题。
迄今为止，全球已有8个大规模的碳捕集、利用与封存项目正在商业化运行，它们每年封存大约2,300万吨的二氧化碳，加上另外8个正处于实施阶段的大规模项目，到2015年前，二氧化碳年封存量可上升并超过3,600万吨。
(二) CCUS促进低碳发展具有多方面优势
一是对达到全球温室气体减排目标不可缺少。据全球碳捕集、利用与封存研究院（GCCSI）研究，带捕集装置的燃煤发电厂减排每吨二氧化碳的成本为23－92美元，燃气发电厂减排每吨二氧化碳的成本为67－106美元，比海上风能（90－176美元/吨）、太阳热能（139－203美元/吨）、太阳能光伏（182－239美元/吨）有优势。CCUS技术的相对成本优势可降低全球减排成本，根据国际能源署（IEA）的研究，实现2050年全球温室气体排放比2005年减少50%的目标，碳捕集、利用与封存技术应当承担20%的减排任务，而如果不采用这一技术，实现这一目标的总成本将会增加70%。
二是有利于向低碳发展的平稳过渡。由于短期内新能源和可再生能源难以取代化石能源的主导地位，而碳捕集、利用与封存技术可在继续使用化石能源的同时减少温室气体排放。这就可以使全球，尤其是以煤或石油等化石能源为主的国家，通过发展CCUS赢取低碳发展的时间，实现低碳转型的平稳过渡。
三是可产生较好的经济和社会效益。首先通过二氧化碳驱油（EOR）、驱气（ECBM）提高石油和煤层气的开采率和通过工业应用创造额外经济效益；其次通过建立和完善碳交易市场，提高碳价格，实现碳捕集、利用与封存的产业化；此外大规模推广应用碳捕集、利用与封存要求大规模基础设施建设，将提供大量就业机会和推动经济增长。
四是技术输出的重要内容。碳捕集、利用与封存技术的产业化，需要在全球范围内进行大规模基础设施建设和投入大量资金、人力来运行和维护，并将形成庞大的CCUS市场。发达国家积极发展这一技术的重要目的之一就是占据技术优势，成为主要的技术输出国，占据未来全球CCUS产业链的有利位置。
(三) CCUS还存在一些问题
一是长期封存的安全问题。二氧化碳在自然状态下是无害的，但封存的高浓度二氧化碳一旦在运输、注入和封存环节发生泄漏，可能会对人身健康、生态环境造成不良影响。
二是大规模应用的额外能耗问题。捕集、运输、封存二氧化碳都需要额外能耗。据估计，现代燃煤电厂若捕集80%的二氧化碳，电厂需额外增加24%－40%的能耗。若大规模进行捕集和封存，势必大幅增加全球能源消耗，对现有能源系统造成冲击。
三是企业开展项目的经济效益问题。在现有技术水平下，CCUS技术的减排成本较高。据IPCC的研究，二氧化碳捕集使天然气联合循环发电（NGCC）的成本增加35%－70%（0.01－0.02美元/kWh）,超临界煤粉电厂增加40%－85%（0.02－0.03美元/kWh）,整体煤气化联合循环电厂（IGCC）增加20%－5%（0.01－0.02美元/kWh）。减排成本提高了发电企业的成本，降低了利润，在当碳市场尚不成熟、碳价格无法补偿减排成本的情况下，企业没有积极性去开展二氧化碳捕集、利用与封存项目。
四是公众认识与接受度问题。CCUS技术的安全风险问题以及人们对技术的不了解也影响公众对碳捕集、利用与封存项目的接受度。在一些国家，公众态度已经成为一些碳捕集、利用与封存项目无法顺利进行的主要原因。
主要发达国家CCUS发展现状
受各国能源结构、能源战略和技术基础影响，不同国家发展碳捕集、利用与封存技术的目的存在差异。如美国、加拿大、澳大利亚等国家，比较依赖国内煤炭资源，发展CCUS就可以在继续利用国内煤资源的同时减少温室气体排放，保障低碳转型平稳过渡和国家能源系统不受较大冲击。而英国一方面为促进能源结构多样化，另一方面为向全球输出低碳技术。
煤发电在美国占有重要位置，因此碳捕集、利用与封存技术受到美国高度重视和大力推动。美国不仅具有较好的CCUS技术基础，而且政府大力支持CCUS研发与推广工作，在美国能源部、环保署与交通部等部门的大力推动下，美国在捕集、运输、利用、封存等许多领域都处于领先地位。据美国能源部2010年10月统计，美国现有106项碳捕集、利用与封存项目，其中捕集项目19项，封存项目35项，捕集并封存的集成项目52项，而企业在技术发展过程中扮演重要角色。在捕集环节，例如美国萤石公司（Fluor）专有的基于氨法的燃烧后捕集技术，是最早用于商业化的解决方案之一，该技术已经在世界范围内26个商业化规模的工厂进行使用；在运输环节，美国已有35年以上的二氧化碳管道运输历史，现在美国大约每年用3,600英里的管道输送5,000万吨二氧化碳；在利用和封存环节，美国从上世纪70年代就开展二氧化碳驱油项目，截止到2010年，美国已有114个二氧化碳驱油项目每年产油27.2万桶石油，此外美国境内封存潜力较大，据美国能源部和国际能源署的研究，美国境内理论上存在3万亿吨的二氧化碳封存潜力，若以美国当前燃煤电厂排放的二氧化碳为封存量，可至少封存1000年。但相比欧盟，美国的低碳政策和法规建设进展较慢。一是缺乏全面细致的气候变化法规。二是即使美国的CCUS发展获得了金融支持，但是现有环保法规的不确定性可能阻碍商业化的时间。三是封存安全问题和公众接受度影响CCUS项目的推广。四是输送二氧化碳的管道与封存地点存在产权问题，联邦政府和各个州对土地等资源的不同所有权，会对管道等基础设施建设和封存地点的选择产生影响。
相比美国，欧盟更强调依靠市场力量促进CCUS的推广应用，注重政府、企业、研究机构之间的知识共享和经验交流。2007年欧盟发布《欧盟能源政策》提出，到2015年建成12个大规模燃煤和燃气电厂的二氧化碳捕集、利用与封存示范项目；2020年后，所有新建电厂都需安装碳捕集、利用与封存装置，而已有老电厂需改造安装相应装置。2008年欧盟进一步制定了二氧化碳捕集、利用与封存的项目框架，该框架包括：捕集环节的污染与控制指导意见（96/61/EC），运输过程中的环境影响评估指导意见（85/337/EC）以及封存地点评估与选择标准、封存监测规格、责任等。此外欧盟还从推行碳捕集、利用与封存旗舰计划，建立碳捕集、利用与封存示范网络平台，修改《保护东北大西洋海洋环境公约》（OSPAR），制定完善《伦敦议定书》，修订欧盟碳市场，颁布碳捕集、利用与封存指令等六个方面完善了碳捕集、利用与封存技术的政策体系。
澳大利亚煤储量全球第四，80%的电通过燃煤电厂供应，电厂、天然气液化和处理、电解铝、水泥等固定排放源占排放总量的50%。碳捕集、利用与封存对澳大利亚的能源安全与可持续发展具有重要意义。澳大利亚正在积极推动碳捕集、利用与封存的研究。温室气体技术研究中心（CO2CRC）和澳大利亚联邦科学与工业研究组织（CSIRO）是澳大利亚主要的CCUS研究机构。一些小规模碳捕集、利用与封存项目已开始在发电厂进行示范，在维多利亚西南部的碳封存试验项目正在进行，至今已经注入65,000吨二氧化碳。
加拿大联邦政府已先后发布加拿大清洁煤技术路线图和加拿大二氧化碳捕集、利用与封存技术路线图。加拿大的目标希望到2030年，通过清洁煤与碳捕集、利用与封存技术达到4,000MW的发电能力。碳捕集、利用与封存在加拿大由联邦政府和省政府共同推动，其中一些省如阿尔伯塔、斯堪喀彻温、新斯科舍是加拿大碳捕集、利用与封存发展的主导力量。加拿大已开展多个碳捕集、利用与封存项目，其中Weyburn- Midale二氧化碳监测储存项目是世界上最大的碳捕集、利用与封存项目之一。该项目从美国北达科他州一座废弃油田的煤炭气化厂捕集二氧化碳，经由320公里的管道输送到加拿大萨斯喀彻温省东南部的油田中，至今已经封存了近2,000万吨二氧化碳。
2008年日本政府颁布了“清凉地球—创新能源技术计划”与“建立低碳社会政府行动计划”两个计划。这两个计划构成日本政府碳捕集、利用与封存发展的基本战略，其目标是推动碳捕集、利用与封存到2015年捕集每吨二氧化碳的成本降低2,000日元，到2020年捕集每吨二氧化碳的成本再降低1,000日元，并实现碳捕集、利用与封存商业化和国际合作。
印度是世界上第三大煤使用国，煤占全国总能源供给的62%，并且其需求仍在进一步提高。这些煤的75%被用来发电，其余用于钢铁、水泥、化肥工业。迅速提高的能源需求，以煤为主的能源结构为碳捕集、利用与封存发展提供了重要机遇。印度的封存潜力大约在5,000-10,000亿吨，其中海洋深咸水层大约有3,000-4,000亿吨，不可开采的煤层50亿吨，废油井与气井约50-100亿吨。
中国CCUS发展现状和问题
（一） 中国CCUS发展现状
中国高度重视碳捕集、利用与封存技术的发展。2011年4月，国务院印发的《“十二五”控制温室气体排放工作方案》中明确提出要“研究具有自主知识产权的碳捕集、利用和封存等新技术”。2012年12月，工业和信息化部等四部委联合发布《工业领域应对气候变化行动方案（2012-2020年）》中，提出将“工业碳捕集、利用与封存示范工程”作为工业领域应对气候变化行动方案的六大重点工程之一，2012-2020年期间，将在化工、水泥、钢铁等行业中实施碳捕集、利用与封存一体化示范工程，加快推进拥有自主知识产权的碳捕集、利用与封存技术的示范应用，研发二氧化碳资源化利用的技术和方法，探索适合中国国情的碳捕集、利用与封存技术路线图，不断加强工业碳捕集、利用与封存能力建设。此外，《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020年）》、《中国应对气候变化科技专项行动》、《国家“十二五”科学和技术发展规划》等科技政策文件中均明确提出要将碳捕集、利用与封存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。
在国家支持和企业、科研机构的努力下，中国碳捕集、利用与封存技术发展在近几年来积极开展技术研发、工程示范和国际合作。在技术研发方面，“十五”以来，国家基础研究（973）计划、国家高技术发展（863）计划、国家科技支撑计划等有关国家科技计划先后围绕碳捕集、利用与封存技术进行了部署。据统计，仅“十一五”期间，相关国家科技计划和科技专项针对碳捕集、利用与封存基础研究与技术开发部署项目共约20项，总经费超过10亿元，其中公共财政支持约2亿元。“十一五”期间，针对全流程技术示范的投入力度明显加强，仅2011年，相关国家科技计划和科技专项已部署项目约10项，总经费超过20亿元，其中公共财政支持超过4亿元。在工业示范方面，已建成多个万吨级以上二氧化碳捕集示范装置，最大捕集能力超过10万吨/年；开展了二氧化碳驱油与封存先导试验，最大单独项目已控制封存二氧化碳约16.7万吨；启动了10万吨/年级陆上咸水层二氧化碳封存示范；建成4万吨规模的全流程燃煤电厂二氧化碳捕集与驱油示范。在国际合作方面，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参与了与欧盟、美国、英国、澳大利亚、意大利、日本等国以及亚洲开发银行等国际组织开展的一系列双边和多边合作项目，包括“中美清洁能源研究中心”、“中欧燃煤发电近零排放项目”等，有效加强了中方相关机构和企业的能力建设。
经过几年的努力，中国的碳捕集、利用与封存技术取得了长足进步。在捕集方面，围绕低能耗吸收剂、不同技术路线捕集工艺等关键技术环节开展了一系列研究，已开发出可商业化应用的胺吸收剂，建成了燃煤电厂二氧化碳每年万吨和每年十万吨规模捕集的工艺示范；在运输方面，借鉴油气管道输送经验，开展低二氧化碳运输工程应用，高压、低温和超临界二氧化碳运输研究也已起步；在利用方面，围绕二氧化碳驱油、驱煤层气、二氧化碳生物转化和化工合成等不同利用途径开展了理论和关键技术研究，已开展二氧化碳驱油工业试验，建成微藻制生物柴油中试和小规模的二氧化碳制可降解塑料生产线；在封存方面，已启动全国二氧化碳地质储存潜力评价，初步结果表明，中国二氧化碳地质封存主要空间类型为深部咸水层、潜力可观，并已启动工业规模咸水层封存示范工程。
（二） 面临的主要问题
在战略方面，相比美国、加拿大、欧盟等国家和地区，中国至今还缺乏清晰的碳捕集、利用与封存发展战略，这给中国CCUS技术的发展带来很大的不确定性，不利于私人资本进入这一领域。在技术方面，一方面中国的技术研究深度不够，CCUS最终的商业化依赖于下一代先进技术的应用，但中国大量的资金用于当前技术的示范，而对下一代先进技术和关键设备的研发投入不足，例如先进吸收剂、先进吸附剂、膜、压缩机等研究投入同国外的差距越来越大。另一方面研究部署的系统性不够，对一定规模的捕集、运输、利用、封存开展全流程的集成研究还十分有限。在政策方面，碳捕集、利用与封存的商业化推广会涉及到法律、环境政策、资源政策、国土政策、交通运输政策等多个行业、领域和部门。多个部门之间如何合作，不同政策如何制定等等，是CCUS技术发展必须解决的问题。在封存方面，一是中国对封存潜力（二氧化碳封存地）的大小、类型、地理分布等这些关键问题还不是很清楚。二是中国能源资源和潜在陆上封存场所主要分布在西部地区，而中国的二氧化碳固定排放源主要分布在东部地区，这提高了中国的封存成本。在资金方面，研发和示范碳捕集、利用与封存技术所需投入的资金十分大，需要建立高效的融资机制。目前国际上碳捕集、利用与封存技术研发和项目示范的资金主要来源于政府公共资金投入，私营部门投入较少。另外无论是碳交易市场，还是其他金融工具，发达国家都相对比较成熟。而且中国投资者对碳捕集、利用与封存的认识还比较少，所有这些都不利于碳捕集、利用与封存项目的融资。
中国发展CCUS的思路和对策建议
碳捕集、利用与封存技术是由多个环节、多个技术组成的技术群。结合中国的国情，碳捕集、利用与封存技术可采取“积极研发、稳步示范、谨慎推广”的发展思路，加大技术研发与示范投入的力度，加快开展相关立法工作和政策标准的研究，积极进行国际合作。具体包括：
一是研究制定中国CCUS发展的整体战略，统筹技术研发、工业示范、大规模推广的发展节奏，有步骤有计划地开展技术储备和政策储备，努力降低中国CCUS发展面临的风险。
二是加快相关立法工作的研究。目前中国对碳捕集、利用与封存技术示范和实施的规范管理仍处于起步阶段，在捕集、运输和封存中都存在很多法律问题，建议参考相关国际法律框架、欧盟委员会及其成员国对工业政策、环境影响、财政的相关规定，对中国相关的政策法规体系开展先导研究。
三是建立CCUS发展协调机构。二氧化碳捕集、运输、利用和封存涉及能源、工业、环境、交通、国土资源甚至海洋等多个行业领域，国内能源、工业、环境、交通、国土资源等主管部门均有权提出对碳捕集、利用与封存项目的管辖权，由于中国目前仍然缺乏相关政策法规，因此项目的示范和实施初期极有可能面临多头管理的情况，这将造成项目审批难度加大、审批时间增长、审批环节增加的情况。建议建立CCUS发展协调机构，对CCUS实施集中管理。
四是加大政府资金投入。由于当前CCUS技术还存在较大不确定性，私人投资不愿进行大规模投资，因此政府公共资金将会是主要的资金投入，可考虑通过政府直接投资新研发项目，对现已建有的碳捕集、利用与封存工程项目追加投资和支持，设立碳捕集、利用与封存专项资金等方式加大政府资金投入。
五是鼓励企业和私人资本投入。鼓励国有大型企业对碳捕集、利用与封存项目进行直接投资实现。鼓励私人资本对CCUS某项技术的研发和积极申请专利。
六是研究制定相关税收和奖励政策。制定相关减税政策，支持和鼓励企业开展碳捕集、利用与封存技术的研发和示范。制定相关奖励政策，对成功申请碳捕集、利用与封存技术专利的企业和研究机构给予奖励。
七是加快相关标准规范的研究。开展相关政策法规和编制相关技术标准规范的研究工作，研究制定CCUS设备制造、管道敷设、工程建设、环境监测等相关法规和标准，保障项目实施中的技术可行性和封存后的安全性。
八是积极开展国际合作。加强政府的参与程度，增加合作双方的互信，促进领域内各领先机构和专家的参与。进一步加深合作的程度和扩大合作的规模，努力实现双方人员的长期互访并参与实质性的研究和工程实施。探索建立公平、透明、高效的资金分配机制，使资金流向可能产生成果的方向和课题，保证合作方参与的积极性。
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