文/车梓畅孙竞超那洪明程真羽王义松，东北大学国家环境保护生态工业重点实验室
1CCS技术发展背景
针对温室气体排放引起的气候变化，世界各国领导人于年签署《巴黎协定》，旨在将全球平均气温较前工业化时期上升幅度控制在2℃以内，并努力将温度上升幅度限制在1.5℃以内。我国在《“十三五”节能减排综合工作方案》中明确提出了提高资源利用效率以及改善生态环境的目标，同时对于工业CO2减排工作提出了明确要求。能源密集型产业，如钢铁工业等在消耗巨额的化石燃料的同时，排放了大量的温室气体到大气环境中。钢铁工业的温室气体排放量占全球温室气体排放量的6.7%。年我国粗钢产量达到了10.65亿吨，其带来的CO2排放量约为23.2亿吨。我国钢铁工业CO2排放量占我国总CO2排放的15%左右。我国致力于年前达到碳峰值，年前实现碳中和。在“十四五”期间，“碳达峰”、“碳中和”提出的大背景下，钢铁工业应加快节能降耗脚步，进而实现CO2减排目标。
目前，我国能源结构以碳基煤炭为主，年我国煤炭消耗仍占据能源消耗的50%以上，由煤炭消耗造成的排放占76.6%，石油占17.0%，天然气占6.4%。调整能源结构，应用可再生能源，绿色能源是减少CO2等温室气体排放的根本途径。但是短时期内，我国能源结构难以改变。高炉-转炉长流程炼钢在未来仍然将带来巨大的CO2排放压力。碳捕集与封存（Carboncaptureandstorage，CCS）技术应运而生。该技术是被认为有潜力实现“碳达峰”、“碳中和”目标，大幅降低CO2排放的关键技术。同时，我国对于CCS技术高度重视，出台了《中国碳捕集、利用与封存技术发展路线图》与《推动碳捕集、利用和封存试验示范》等文件，为CCS技术的发展提供了重要的政策支持。
2CCS技术介绍
CCS技术主要分为CO2捕集、运输和封存三个环节，将工业和相关能源产业所产生的CO2分离出来，经过储存加压等手段，封存到海底或者地下等与大气隔绝的地方。
2.1碳捕集
对于CO2捕集技术来说，主要应用方法有燃烧后捕集、燃烧前捕集、以及富氧燃烧捕集。燃烧前捕集是将煤炭在进行燃烧之前以煤气化联合循环为基础，将煤炭气化成为清洁气体能源，在燃烧前将CO2分离出来。燃烧后捕集的捕集对象为工厂烟气，对其中的CO2进行捕集，其需要的成本投入较少，同时由于其多样化的捕集方法，燃烧后捕集技术被认为是最有前景的CO2捕集技术。同时燃烧后捕集技术存在CO2浓度压力低，需要对于烟气进行除尘等工艺操作等劣势。富氧燃烧捕集试图结合以上两种捕集方式的优点，在燃烧过程中，通入高纯度氧气进行助燃，同时于炉内进行加压，之后在进行燃烧后捕集来降低前期投入成本以及捕集成本。
从理论上可以视为燃烧中捕集，该捕集方式由于高纯度氧气制备的高成本而在经济性方面表现不佳。三种CO2捕集方法中，燃烧后捕集是企业最重视的方法，其主要包括吸收分离法、吸附分离法、膜法和低温蒸馏法等。吸收分离法按照吸收分离原理不同，可以分为化学吸收法与物理吸收法。
目前，工业中广泛采用热碳酸钾法和醇胺法这两种化学吸收法。热碳酸钾法主要包括本菲尔德法、坤碱法、卡苏尔法等。以醇胺类作为吸收剂的方法有MEA法（乙醇胺）、DEA法（二乙醇胺）及MDEA法（N-甲基二乙醇胺）等。工业上最先使用的是TEA法（三乙醇胺)，但由于该法CO2的吸收效率低和落剂的稳定性差，已逐渐被MEA和DEA所取代。胺基捕集CO2也被认为是目前成本最低的捕集方式。
2.2碳运输
CO2经捕集后需要运输到最终的封存点，CO2运输方式主要有公路汽车运输与管道运输两种。
公路运输为将CO2加压后由罐车运送至CO2封存点，管道运输为铺设专门管道将加压后的CO2经由管道进行输送。相比于灵活的公路运输，管道运输的输送量更大。但是，管道运输具有管道铺设路径固定，前期部署投入成本高等劣势。公路运输更适用于零散的CO2运输，其输送目的地并不固定，在路线规划上基本遵循运输到就近的CO2埋存点的原则。以我国钢铁工业为代表，其CO2的运输更适合于公路运输。管道运输其成本较高，应用规模也较小，但是当CO2运输规模增大，其运输量增大之后，管道运输的综合成本呈显著下降趋势。在未来，CO2的运输将随着埋存点分布与运输成本的改变而进行调整。
2.3碳封存
CO2封存主要分为物理封存、化学封存和生物封存等。当前讨论比较多的是物理封存与利用。将CO2进行海洋或者深海储存和地质储存。同时相关研究对于高压CO2的驱油与驱气技术进行了分析，利用注入CO2的方法可以提高油气等资源的采集率，这可能会带来经济收益，注入CO2可以提高采油率10~15%。
3CCS技术发展研究现状
3.1CCS技术研究概况
目前，CCS技术在不同方面开展了研究。CCS技术的碳捕集能力被钢铁工业所重视，在捕获率90%的情况下，碳捕集项目每天可以捕集1.4亿吨CO2。在CCS系统进行运行的过程中，由于CO2储存工艺，在储存CO2过程中将有50%或者更多的CO2被释放出来。同时，由于能源和材料消耗将带来额外的CO2排放，在应用CO2捕获和储存的设施中，大约80%的CO2排放来自于吸收CO2的液体吸收剂的再加热所消耗的能量，所以其最终的CO2的捕获储存的量要少于预期。
因此，燃烧后捕集的CO2过程如果应用太阳能进行辅助捕集的话，其CO2捕获率可以提升至70%。此外，对于CCS技术的生命周期评估、社会接受度、经济性等方面的研究也受到了广泛
