1、1“十二五”国家碳捕集利用与封存科技发展专项规划碳捕集、利用与封存(CCUS)技术是一项新兴的、具有大规模二氧化碳减排潜力的技术，有望实现化石能源的低碳利用，被广泛认为是应对全球气候变化、控制温室气体排放的重要技术之一。 国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020 年）（以下简称科技纲要）将“ 主要行业 二氧化碳、甲 烷等温室气体的排放控制与处置利用技术” 列入环境 领 域优先主题，并在先进能源技术方向提出“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” ；国家“ 十二五” 科学和技 术发 展规划（以下 简称规划）提出“发展二氧化碳捕集利用与封存等技术”。 中国 应对
2、气候变化科技专项行动、 国家“ 十二五”应对 气候 变化科技发展 专项规划均将“二氧化碳捕集、利用与封存技术”列为重点支持、集中攻关和示范的重点技术领域。为贯彻落实科技纲要和规划的部署，配合国务院“十二五” 控制温室气体排放工作方案有效实施， 统筹协调、全面推进我国二氧化碳捕集、利用与封存技术的研发与示范，特制订国家“十二五” 碳捕集、利用与封存（CCUS）科技发 展专项规划。2一、形势与需求（一）碳捕集、利用与封存是应对全球气候变化的重要技术选择全球气候变化问题日益严峻，已经成为威胁人类可持续发展的主要因素之一，削减温室气体排放以减缓气候变化成为当今国际社会关注的热点。有关研究显示，未来几十
3、年化石能源仍将是人类最主要的能量来源，要控制全球温室气体排放，除大力提升能源效率、发展清洁能源技术、提高自然生态系统固碳能力外，CCUS技术将发挥重要的作用。IPCC 估算，全球 CO2 地质封存潜力至少为 2000 亿吨，到 2020 年全球 CO2 捕集潜力为 26-49 亿吨/年。（二）世界主要国家均将碳捕集、利用与封存技术作为抢占未来低碳竞争优势的重要着力点近年来，世界主要发达国家都投入大量资金开展 CCUS 研发和示范活动，制定相应法规、政策以实现在全球低碳竞争中占得先机，并在八国集团、碳收集领导人论坛、清洁能源部长会议等多边框架下推动该技术的发展。美国、欧盟、加拿大、英国、澳大利亚
4、等均制定了相关技术发展路线图，明确未来 CCUS 技术发展的方向和重点，先后投入总计数百亿美元支持包括“未来电力 2.0”、“欧盟CCS 旗舰计 划” 等 CCUS 技术研发和示范项目，还在政府引导下纷纷成立了跨行业、跨领域的 CCUS 技术研发与合作平台，推动技术的发展和应用。南非、巴西等新兴经济体也启动了相关研究。3（三）发展和储备碳捕集、利用与封存技术将为我国低碳绿色发展和应对气候变化提供技术支撑我国需要发展和储备 CCUS 技术，一是我国的能源结构以煤为主，随着我国国民经济、城市化进程的快速发展，CO 2 排放量将长期处于高位，CCUS 是中长期温室气体减排的重要技术途径；二是发展 C
5、O2 捕集与资 源化利用技术也为我国当前低碳绿色发展提供了新的技术途径；三是发展捕集 CO2 的煤炭液化或多联产技术以及 IGCC 技术和 CO2 提高石油采收率技 术，在减排 CO2 的同时，有利于优化能源结构，保障我国能源安全；四是发展 CCUS 技术是我国煤化工、钢铁、水泥等高排放行业温室气体减排的迫切需求；此外，鉴于未来可能形成的全球性低碳产业，发展 CCUS 技术将是提升我国低碳技术竞争力的重要机遇。二、现状及趋势当前，CCUS 技术仍存在高成本、高能耗、长期安全性和可靠性有待验证等突出问题，需通过持续的研发和集成示范提高技术的成熟度。我国 CCUS 技术链各环节都已具备一定的研发基
6、础，但各环节技术发展不平衡，距离规模化、全流程示范应用仍存在较大差距。（一）CO 2 捕集 技术CO2 捕集主要分为燃烧后捕集、燃烧前捕集以及富氧燃烧捕集三大类，捕集能耗和成本过高是面临的共性问题。燃烧后捕集技术相对成熟，广泛应用的是化学吸收法。我国与4发达国家技术差距不大，已在燃煤电厂开展了 10 万吨级的工业示范。当前，制约该技术商业化应用的主要因素是能耗和成本较高。燃烧前捕集在降低能耗方面具有较大潜力，国外 5 万吨级中试装置已经运行，国内 6-10 万吨级中试系统试验已启动。当前，该技术主要瓶颈是系统复杂， 富氢燃气发电等关键技术还未成熟。富氧燃烧技术国外已完成主要设备的开发，建成了
7、20 万吨级工业示范项目，正在实施 100 万吨级的工业示范；我国已建成万吨级的中试系统，正在实施 10 万吨级的工业级示范项目建设。新型规模制氧技术和系统集成技术是降低能耗的关键，也是现阶段该技术发展的瓶颈。（二）CO 2 输送工程技术CO2输 运包括水路和陆路低温储罐输送与管道输送两类方式，其中管道输送最具规模应用优势。国外已有 40 年以上的商业化CO2 管道 输 送实践，美国正在运营的干线管网长度超过 5000 千米。目前，我国 CO2 的输 送以陆路低温储罐运输为主，尚无商业运营的 CO2输送管道。与国外相比，主要技术差距在 CO2 源汇匹配的管网规划与优化设计技术、大排量压缩机等管
8、道输送关键设备、安全控制与监测技术等方面。（三）CO 2 利用 技术CO2 利用涉及石油开采、煤层气开采、化工和生物利用等工程技术领域。在利用 CO2 开采石油方面，国外已有 60 年以上的研究与商业5应用经验，技术接近成熟。我国利用 CO2 开采石油技术处于工业扩大试验阶段。与国外相比，主要技术差距在油藏工程设计、技术配套、关键装备等方面。在利用 CO2 开采煤层气方面，国外已开展多个现场试验，我国正在进行先导试验。适合我国低渗透软煤层的成井、增注及过程监控技术是研究重点。在 CO2化工和生物利用方面，日本、美国等在 CO2制备高分子材料等方面已有产业化应用。我国在 CO2合成能源化学品、共
9、聚塑料、碳酸酯等方面已进入工业示范阶段。规模化、低成本转化利用是 CO2化工和生物利用技术的研究重点。在 CO2矿化固定方面，欧盟、美国等正在研发利用含镁天然矿石矿化固定 CO2 技术 ，处于工业示范阶段。我国在利用冶金废渣矿化固定 CO2 关键技术 方面已进入中试阶段。过程强化与产品高值利用、过程集成以及设备大型化是 CO2矿化固定技术的研究重点。（四）CO 2 地质封存 技术CO2 地 质封存主要包括陆上咸水层封存、海底咸水层封存、枯竭油气田封存等方式。国外对陆上、海底咸水层封存项目进行了长达十多年的连续运行和安全监测，年埋存量达到百万吨。我国仅有 10 万吨级陆上咸水层封存的工程示范，需
10、重点发展适合我国陆相沉积地层特点的 CO2长期封存基础理论、评价方法、监测预警与补救对策技术，研发长寿命井下设备与工程材料等。6（五）大规模集成示范国外正在运行的大型全流程 CCUS 示范项目有加拿大Weyburn 油田 CO2强 化驱油项目、挪威 Sleipner 气田 CO2盐水层封存项目等，这两个项目的 CO2 都来自工业过程，累计封存 CO2都已超过千万吨。我国现有的全流程示范项目包括中石油吉林油田的 CO2 工 业分离与 驱油项目、神华的鄂尔多斯煤制油 CO2 工业分离与陆上咸水层封存项目、中石化胜利油田的燃烧后 CO2 捕集与驱油项目。总体上，我国全流程示范项目起步晚、规模小，需要
11、通过大规模、跨行业的集成示范，完善要素技术之间的匹配性与相容性，提升全流程系统的经济性和可靠性。三、指导思想、基本原则与发展目标（一）指导思想以科学发展观为指导，贯彻落实国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020 年）和国家“十二五 ”科学和技术发展规划，以“ 全球视 野、立足国情，点面 结合、逐步推 进，重 视利用、严控风险，强 化能力、培养人才”为原则，面向我国低碳 发展需求与国际科技前沿，以资源化利用为核心，瞄准低能耗、低成本、长期安全，统筹基础研究、技术开发、装备研制、集成示范和产业培育，发挥科技在 CCUS 产业的支撑和引领作用，全面提升我国 CCUS 技术水平和核心竞争力
12、。（二）基本原则1. 全球视野、立足国情：把握国际 CCUS 技术发展趋势，注重7国际交流与合作，立足我国发展阶段，结合国家能源战略和应对气候变化工作需求，建立具有中国特色的 CCUS 技术体系。2. 点面结合、逐步推进：围绕 CCUS 各环节的技术瓶颈和薄弱环节，统筹协调基础研究、技术研发、装备研制和集成示范部署，突破 CO2 捕集、 输运、利用与封存的关键技术，在重点行业开展CCUS 工业试验，有序推动全流程 CCUS 示范项目建设。3. 重视利用、严控风险：视 CO2为潜在资源，重视 CO2驱油气、CO2 生物与化工规模化利用等技术的研发和应用；严格把握 CCUS示范项目的安全性指标，探
13、索建立适合我国国情的 CCUS 技术标准与规范体系。4. 强化能力、培养人才：以企业为技术创新主体和源头，注重发挥高等院校和科研院所在创新中的引领作用，建立产学研结合和产业联合创新机制，集成和融合跨领域、跨行业优势力量，培养CCUS 技术人才，全面提升 CCUS 技术创新能力。（三）发展目标总体目标：到“十二五 ”末，突破一批 CCUS 关键基础理论和技术，实现 成本和能耗显著降低，形成百万吨级 CCUS 系统的设计与集成能力，构建 CCUS 系统的研发平台与创新基地，建成 30-50 万吨/年规模二氧化碳捕集、利用与封存全流程集成示范系统。捕集技术发展目标：实现低能耗捕集技术突破，对于 CO
14、2 低浓度排放源额外捕集能耗控制在 25%以内，具备规模化捕集技术的设计能力。8输运技术发展目标：开展区域性 CO2 源与利用及埋存汇的普查，开 发管网规划和优化设计、管道及站场安全监控、管道泄漏应对等 CO2输 送关键技 术，形成支撑规模化全流程工程示范的 CO2输送工艺。利用技术发展目标：突破一批 CO2资源化利用前沿技术，形成 CO2驱油与封存，低成本 CO2 化学转化、生物转化与矿化利用关键技术，建成 30 万吨级/ 年的 CO2驱油与封存示范工程以及CO2转 化利用工 业化示范工程。封存技术发展目标：推进全国地质封存潜力评价；突破场地选址、安全性评价、监测与补救对策等关键技术，初步形
15、成地质封存安全性保障技术体系。四、优先发展方向（一）大规模、低能耗 CO2 分离与捕集技术研发吸收性能高、再生能耗低的新型吸收剂，低能耗大规模的制氧技术及 CO2 捕集分离工艺与设备；开发 CO2 分离单元与发电单元协同运行和调控技术，以及新型 CO2 捕集材料和工艺。（二）安全高效 CO2 输送工程技术研究长距离 CO2 管道输送特性及模拟技术，安全监测和管理控制技术，CO 2 源汇匹配和管网规划与优化设计技术。（三）大规模、低成本 CO2 利用技术开展油气藏地质体 CO2 利用与封存潜力评价，研究 CO2 利用与封存一体化的实验模拟、油藏工程设计、安全监测及关键装备制9造技术；开展 CO2
16、驱煤层气开采与封存场地筛选和评价，研究井网优化设计、煤层增注、长期安全监测技术；研发 CO2 高效低成本催化转化制备甲醇、共聚塑料、碳酸酯等大宗化学品技术，CO 2 生物固定、生物转化与深加工技术，钙镁钾基工业固废及天然矿物矿化固定 CO2 的 过程强化与设备大型化技术。（四）安全可靠的 CO2 封存技术研究适合我国陆相沉积地层的安全可靠 CO2 地质封存理论，发展陆上咸水层封存的场地选址与评价方法，以及封存 CO2 泄露监测与补救等安全性保障技术；研发海底咸水层封存、枯竭油气田封存关键特需技术；探索酸气回注等含杂质 CO2 封存以及封存联合采水、采热、采矿等新型技术。（五）大规模 CO2 捕
17、集、利用与封存技术集成与示范研究 CCUS 各要素技术之间的匹配性与相容性，系统集成与放大原理，发展系统优化设计方法，开发 CO2 捕集系统与工业生产系统、 CO2 利用系统以及 输送系统、封存系统的优化集成技术，围绕重点行业建立一批规模化全流程示范工程，验证其经济性、可靠性和安全性。五、重点任务（一）解决一批基础科学理论问题新一代高效低能耗的 CO2 捕集技术基础研究：吸收剂的分子设计、模 拟技术及其与 CO2 化学反应基础；新型捕集机理与材料的构效关系；燃烧前捕集的工艺过程与捕集能耗、系统稳定的构效关10系；富 CO2 气氛下燃烧稳定和污染物形成的理论；化学链燃烧技术、膜吸收/解吸技术、硫
18、碳一体化捕集分离技术探索。规模化 CO2 管道输送基础研究：CO 2 在不同相态及相态转换下的水力及热力模型；长距离 CO2 管道输送水合物控制技术；CO 2 管道输送全尺寸模拟中试装置建设及试验；CO 2 管输数值模拟软件开发与应用；CO 2输送工 艺参数优化设计方法；CO 2输送管线及站场安全监测方法。CO2驱 油利用与封存基础研究：油气藏及相关地质体 CO2 埋存机理及潜力评价方法；油藏及相关地质体 CO2 埋存安全性评价及监控；多孔介质中 CO2 地层油体系相态理论与数值模拟；CO 2驱油中的渗流力学理论；CO 2 埋存和提高采收率工程技术与方法。CO2驱 煤层 气利用与封存基础研究：多元气体与煤岩的相互作用理论及模拟方法；场地筛选、性能评价与优化设计方法。CO2转 化利用基 础研究：CO 2 碳氧资源协同转化的高效催化机理与原子经济反应路径设计；CO 2 光/电/ 生物 协同转化的耦合机制与放大规律；工业固废/ 天然矿物纳微尺度活化机理与碳酸化矿化过程强化机制；地下赋存的富含钙、镁、铁、钾、铀等元素的天然易反应矿物与 CO2 的反 应机理。CO2 地 质封存的 长期安全性基础理论：CO 2 作用下地层传输特性演化机理；封存地层长期封闭性和稳定性的演化规律及其主控因素；多尺度物质运移化学反应力学响应耦合理论；封存场地选址、封存有效性与安全性评价方法。
