（报告出品方/作者：华宝证券，张锦）
1.CCUS是实现减排目标的关键一环
1.1.什么是CCUS技术
碳中和意味着最终排放大气中的二氧化碳为零，即处于“碳吸收”等于“碳排放”的平衡状态。其中，“碳吸收”中一项较为直接且有效的技术是碳捕集利用与封存技术（CarbonCapture,UtilizationandStorage，以下简称CCUS）。
广义CCUS技术是指将CO2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CO2永久减排的一系列技术的总和。CCUS的过程可分为四个环节：CO2捕集与压缩、CO2运输、CO2利用和CO2封存。按不同环节的组合关系，CCUS产业模式可以多种，包括CS（碳捕集与封存）、CU（碳捕集与利用）、CUS（碳捕集、封存与利用）、CTS（碳捕集、运输与封存）、CTUS（碳捕集、运输、封存与利用）。根据减排效应的不同，可将CCUS分为减排技术——传统CCUS技术以及负碳技术——生物质能碳捕集与封存（BioenergywithCarbonCaptureandStorage，以下简称BECCS）和直接空气碳捕集与封存（DirectAirCarbonCaptureandStorage，以下简称DACCS）。
其中，尽管传统CCUS技术可以减少化石燃料燃烧等过程中的CO2的排放，但从全生命周期的角度来看，排放量依旧是大于零的，而后者——负碳技术则指完全从大气中去除二氧化碳的过程，从全生命周期的角度来看排放量为负，因此它对于碳中和（净零排放）具有重要意义。具体来说，BECCS指二氧化碳经由植被（生物质的一种）的光合作用从大气中提取出来后，通过燃烧生物质进发电并从燃烧产物中对其进行回收，最后将其封存于地下，简单来说BECCS即配备CCUS技术的生物质发电站，通过改变二氧化碳来源（碳源）的能源类型使得发电厂不仅不会排放CO2还会从空气中吸收CO2封存于地下；而DACCS则指直接从空气中捕获二氧化碳并封，由于其碳源最为普遍，因此相比传统CCUS和BECCS，DACCS工厂位置的设置更为活。
1.2.CCUS已进入商业化初期阶段，美国与欧盟发展领先
CCUS技术起源于上世纪70年代对于CO2的驱油利用，从全球视角下大致历经三个阶段，现已进入商业化初期快速增长阶段。美国是应用二氧化碳驱油研究试验最早、最广泛的国家，从年开始，美国就把二氧化碳注入油田作为提高石油采收率(EOR)的一种技术手段，其在利用CO2驱油的同时累计封存CO2约十亿吨。CCUS技术在历经近十年的低迷徘后，在年左右迎来新一轮的发展与增长，据全球碳捕集与封存研究院数据，年全球碳捕集能力为万吨/年。今年随着应对气候变化的压力骤增，全球CCUS项目部署行动有所加快，根据国际能源署（IEA），年以来（截止年11月），已公布的CCUS设施建设计划超过了，而全球管道工程项目的推进将有望让CO2运输能力翻两番。
我国CCUS研究起步较晚，但在年左右中国学术界和工业界根据国情，明确了中国碳捕集封存技术要走CO2资源化利用之路，第一次提出了“CCS+U”（即CCUS）的概念。目前中国CCUS技术仍处于研发与示范阶段，主要应用在煤电厂减排和驱油/气方面。
CCUS目前在全球25个国家均有部署，美国和欧盟处于领先地位。年美国和欧盟新增CCUS项目数约占全球今年新增项目数量的四分之三，累计项目数约占全球累计项目数量的63%，主要原因在于美国、欧盟对于CCUS技术的政策支持力度较强，例如美国联邦政府的45Q税收抵免(Taxcredit)和加州政府的低碳燃料标准(CaliforniaLowCarbonFuelStandard)政策、欧盟的欧洲创新基金等，能有效降低项目成本，刺激CCUS项目快速部署。目前中国针对CCUS技术的具体的政策支持主要体现在拓宽融资渠道等方面。
1.3.CCUS对于全球及中国碳中和目标的实现具有重要意义
CCUS作为碳减排技术之一，主要优点是减排潜力大、可促进煤等化石能源的清洁利用，较符合我国国情。从行业上看，CCUS可应用于电力、能源（例如天然气开采、制氢）以及减排难度较大的制造业（例如水泥、化工、钢铁）等行业的减排，且针对无法通过传统CCUS技术减排的交通运输业、建筑业等，也可采用BECCS、DACCS等负碳技术进行减排。
当前，在全球范围内70%的CCUS碳源主要来自于天然气加工（通常开采出的天然气中含有一定成分的CO2，需要去除后得到净化的天然气以供出售）。CCUS目前在中国应用程度尚浅且项目规模较小，因此按行业的CCUS项目数量进行分析，目前超过30%的项目用于煤电减排。但与其他减排技术相比，CCUS技术存在一定的环境风险，例如碳泄漏问题，可能会对周边环境和居民生活带来负面影响；此外，从全生命周期的角度去分析传统CCUS技术时，其减排效果不一定是最佳的，例如其捕集、运输、利用或封存的环节中会消耗一定能源（增加碳排放）。
在全球应对气候变化路径中，CCUS地位不可替代。联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）、国际能源署（IEA）、国际可再生能源机构（IRENA）在不同减排路径下对CCUS的减排贡献进行了预测，在各模拟情景下CCUS技术都是实现本世纪升温控制、实现近零排放目标的关键途径之一。由于各组织对于减排情景的设定各有不同，因此预测的结果存在一定差别：年，CCUS贡献的减排量在1-16.7亿吨/年，平均为4.9亿吨/年；年，CCUS贡献的减排量为27.9-76亿吨/年，平均为46.6亿吨/年。从贡献比例上看，在IEA发布的可持续发展情景中，全球将于年实现净零排放，CCUS在年对当年减排量的贡献比例为9%，在年对累计碳减排的贡献占比达15%；在国际可再生能源机构（IRENA）发布的深度脱碳情景中，年CCUS（不包含BECCS）将贡献6%的年减排量，约22.14亿吨/年左右。
在现有技术情形下，在部分行业减排路径中CCUS是不可跳过的关键一环。根据IEA在可持续发展情景下对各行业CCUS减排贡献的测算，钢铁、水泥、化工、燃料转化、发电行业等在-年的过程中将会利用CCUS技术实现累计25%、61%、28%、90%、15%的减排量。贡献比例不同主要是由于不同行业使用CCUS的技术成本（排放源浓度不同所导致）、替代技术的可行性与相对成本等存在差异。
CCUS技术对于中国实现碳中和目标具有重要意义，体现在以下五个方面：
1）化石能源实现低碳化利用的唯一技术途径是CCUS。在碳中和目标背景下，未来能源结构应围绕“高比例可再生能源+核能/化石能源”布局清洁低碳的现代能源体系。年，煤炭在中国能源消费占比中高达57%，预计到年该比例可能降至10%-15%。煤炭产生的碳排放实现零排放的唯一技术途径将是CCUS。
2）CCUS可弥补一些传统碳减排手段带来的负面作用，例如助力电力行业保持灵活性。作为碳排放最高的行业，电力系统首当其冲提高可再生能源发电比例，而受其在供需端的不稳定性影响，利用“火电+CCUS”的技术途径，可在实现碳减排的同时，提供稳定清洁的低碳电力。
3）当前技术情形下，钢铁、水泥等行业净零排放离不开CCUS技术。根据IEA发布的年钢铁行业技术路线图预测，到年钢铁行业采取常规减排方案，剩余34%碳排放量，进一步利用氢直接还原铁（DRI）技术仍剩余8%以上的碳排放量。水泥行业采取常规减排方案，仍剩余48%碳排放量。CCUS将成为钢铁、水泥等难减排行业实现零排放的必要技术之一。（报告来源：未来智库）
4）负碳技术是部分工业过程以及难减排行业的重要减排路径之一。根据《中国二氧化碳捕集利用与封存（CCUS）年度报告（）》预计，到年，中国仍有数亿吨非CO2温室气体和部分电力、工业、航空业排放的CO2无法实现减排，BECCS及DACCS可助力该部分碳排放的减排，是实现碳中和目标的重要减排路径之一。尽管生态碳汇等方式也可实现大气中二氧化碳的部分去除，但在减排可验证性以及减排效果的持久性方面，BECCS与DACCS更有优势。
5）CCUS是制备低碳氢气的有效途径。氢气作为类似电力的二次能源，当前主要通过以煤炭或天然气为原料进行制备，若其制备方式是低碳的，则终端在使用时不会带来额外的碳排放。因此，通过CCUS技术+天然气制氢或煤制氢的方式可以支持低碳制氢生产规模快速扩大，以满足交通、工业、建筑的能源需求。同时相比使用绿电电解制氢，叠加CCUS技术的制氢方式成本更低。
2.中国CCUS技术概况：尚处于研发与示范阶段
CCUS技术流程与产业流程均较为复杂，需要多技术与多行业协同合作。从CCUS技术流程，可将CCUS技术分解为碳捕集技术、碳运输技术、碳利用技术、碳封存技术等。从产业流程，CCUS依次涉及能源、钢铁、水泥、交通、化工、地质勘探、环保、农业、食品业等众多行业，产业流程较为复杂。
2.1.碳捕集技术：成本占比最高，燃烧后捕集技术较为成熟
碳捕集技术是发展CCUS技术中最为关键的部分，是CCUS整个流程中成本和能耗的最大来源。碳捕集技术主要指从排放源捕获CO2并将捕获而得的CO2进行（分离后）收集并压缩的过程，充足且优质的高纯度二氧化碳的收集是保障CCUS技术继续进行下去的关键。从流程上，可进一步将碳捕集技术分为碳捕获及分离技术、CO2压缩技术（CO2运输的需要）。此次主要探讨碳捕获及分离技术（以下统称为“碳捕集技术”）。
碳捕集技术中所捕获的二氧化碳主要来自于发电和工业过程中化石燃料或碳酸盐等的使用，以及部分能源采掘过程CO2的逸散。从总排放规模上看，我国排放量占比较大的碳源主要来自热电厂、水泥、钢铁、煤化工等行业，但其中前三者均属于低浓度排放源，仅煤化工属于高浓度排放源；由于不同行业碳源浓度、杂质组分的不同，所使用的捕获技术是有差异的，当前从高浓度排放源进行捕获面临的技术挑战较少，相对成熟。此外在单企业排放规模上，热电厂、水泥、钢铁、煤化工单一碳源排放规模均较大。在分布上看，热电厂、水泥、钢铁、煤化工行业企业主要分布于经济发达的东部地区，与中国人口、经济发展状况分布类似。
按不同角度可对碳捕集技术进行分类。根据碳捕获与燃烧过程的先后顺序，可将碳捕集技术分为燃烧前捕获、富氧燃烧和燃烧后捕获等，使用哪种技术与碳排放源高度相关。另外，根据分离过程进行分类，可将碳捕集技术分为化学吸收法、物理吸收法、吸附法、膜分离法和化学链法。根据技术先进程度，可将碳捕集技术分为第一代技术、第二代技术等。
成本上看，排放源的CO2浓度是影响成本的主要因素，浓度越高，捕获成本越低。例如高浓度点源（乙醇、氨和天然气加工过程中的排放）产生的CO2甚至无需进行吸收处理，直接通过脱水和压缩设备实现碳捕集，相比较之下，低浓度点源（发电厂、水泥厂等），必须先经过化学或物理等分离手段，才能最终将CO2进行捕获，流程更长故成本较高。但当前中国高浓度点源排放的二氧化碳总量占比很小，因此后续需要对低浓度点源排放持续进行政策激励才能实现CCUS技术更好的经济可持续性。
发展阶段上看，目前不同分类下的燃烧后捕集技术、化学吸收法以及第一代技术分别是同维度比较下发展最为成熟的。我国与发达国家在燃烧后捕集以及化学吸收法技术层面差距不大，当前我国燃烧后与燃烧前捕集的项目（包括间隔运行的项目）占比较多，制约碳捕集技术商业化利用的主要因素是能耗高或成本高。第二代、第三代仍处于研发阶段，但新型膜分离、增压富氧燃烧、化学链燃烧等具有代表性的第二代技术为推动未来低成本实现CCUS技术的部署具有重要意义。
2.2.碳运输技术：中国已具备大规模管道运输设计能力
碳运输即将捕集的CO2运送到碳利用场所或封存场地的过程，与石油和天然气的运输类似。碳运输有三种方式，罐车运输、管道运输和船舶运输，罐车运输分为汽车与铁路两种方式，管道运输分为陆路管道和海底管道两种方式。
在大多数情况下，运输成本远低于CCUS项目总成本的四分之一，运输距离和二氧化碳流量是影响碳运输成本的主要因素。其中，运输成本随距离的增加呈幂函数增加，随流量增加呈幂函数递减。对于管道运输而言，还受到管道直径、管道材料类型、地理位置、系统计划寿命、是否是在闲置天然气管道基础上进行改造等因素影响。从单位运输成本上看，罐车运输成本最高，船舶运输（内陆船舶）成本最低；但相比海上船舶运输，海底管道运输单位成本随着运输规模增加而显着降低，在一定运输距离（km）内更具有成本优势。
从技术发展与项目实际情况上看，中国的罐车运输和船舶运输技术已达到商业应用阶段，中国已有的CCUS示范项目规模较小，70%以上均采用罐车输送，仅中石化华东油气田和丽水36-1气田的部分CO2通过船舶运输。陆地管道运输技术是最具应用潜力和规模经济性的技术，CO2管道运输技术在北美已经使用了30多年，已建成超过km的管网，约占全球总长度的85%，主要用于驱油。但管道运输技术在中国尚处于中试阶段，仅建成管道累计长度70km。中国已有3个CCUS项目使用了陆地管道运输技术，均为借鉴油气管输经验的低压CO2运输工程，输送能力超过万t/年，例如中石油吉林油田CCUS项目，运输距离达20km。目前中国已具备大规模管道设计能力，正在制定相关设计规范；但当前海底管道输送CO2的技术缺乏经验，在国内尚处于研究阶段。
2.3.碳利用技术：是CCUS技术创新突破的难点
碳利用是指通过工程技术手段将捕集的CO2实现资源化利用的过程。根据工程技术手段的不同，可分为地质利用、物理利用、化工利用、生物利用和矿化利用等；根据应用方式，可分为CO2直接利用和CO2转化利用。碳利用是CCUS技术创新突破的难点，尽管CO2很常见，但其不易活化的化学性质、复杂的反应路径和较低的产品选择性使其转化利用存在难题，目前各国都将突破高温、高压环境瓶颈、寻找合适的催化剂作为碳利用技术的突破重点。
当前全球每年CO2消费量约为2.3亿吨，主要用于化肥生产以及石油和天然气的开采。目前全球范围内最大CO2消费者是化肥行业，每年需要1.25亿吨CO2作为原料，其次是石油和天然气行业，每年需要消耗0.7-0.8亿吨CO2，此外CO2的其他商业用途包括食品和饮料发展、冷却、水处理、气肥等。
随着碳技术的突破，CO2的商业利用范围将有望进一步拓宽。许多CO2利用技术仍处于早期发展阶段，但未来有望商业化拓展，例如利用CO2合成燃料、合成高附加值化学产品、合成材料等。根据IEA测算，未来全球范围内仅合成高附加值化学产品、合成材料对CO2的需求可达50亿吨/年。我国在部分碳利用技术上已形成一定规模，尤其是地质利用方面，另外从经济效益上看，生物利用的单位效益最高。
我国70%以上的CCUS项目捕获的CO2都进行了利用，其中60%以上均为地质利用。中国的CCUS地质利用项目主要集中在东部、北部、西北部以及西部地区的油田附近及中国近海地区，地质利用CCUS项目捕获的CO2规模在万吨/年，当前已封存的CO2规模超过万吨。我国在政策层面估计碳利用技术的发展，年国家发改委、能源局在《能源技术革命创新行动计划（-）》中将二氧化碳利用列为重点攻关任务；年9月，中国科学院宣布人工合成淀粉方面取得的重要进展，在国际上首次实现了二氧化碳到淀粉的从头合成，使淀粉生产从传统农业种植模式向工业车间生产模式转变在技术上成为可能。据中国石油学会石油工程专业委员会主任袁士义院士研究，我国约有亿吨原油地质储量可使用CO2-EOR增加19.2亿吨的可采储量（可提高采收率15%），并封存约47亿-55亿吨的CO2。
但值得
