我國石化行業(yè)需協(xié)同發(fā)力，共同支撐CCUS產(chǎn)業(yè)升級。

文 ‖ 李明豐

當前，CCUS在石化行業(yè)已進入示范應(yīng)用階段，是石化行業(yè)綠色轉(zhuǎn)型關(guān)鍵技術(shù)。石化行業(yè)需在國家政策導(dǎo)向、產(chǎn)業(yè)化機制建設(shè)、標準及規(guī)范制定、關(guān)鍵核心技術(shù)研發(fā)等方面協(xié)同發(fā)力，共同支撐CCUS產(chǎn)業(yè)升級。

源匯匹配是CCUS商業(yè)化發(fā)展的關(guān)鍵

源匯匹配是指將二氧化碳排放源與封存場地進行空間匹配。作為CCUS系統(tǒng)的核心環(huán)節(jié)，優(yōu)化源匯匹配對于推動技術(shù)走向規(guī)模化、商業(yè)化具有重要意義。構(gòu)建全生命周期、全流程的源匯匹配模型，不僅可實現(xiàn)碳源與碳匯的高效耦合、降低系統(tǒng)整體成本，還能提升碳減排部署的科學(xué)性和系統(tǒng)性，支撐區(qū)域乃至國家層面的碳減排網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃。

目前，針對源匯匹配的研究主要集中在兩類建模方法：一是基于靜態(tài)條件的碳輸送網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化，旨在給定邊界條件下尋找一次性最優(yōu)方案；二是基于多階段時間序列變化的動態(tài)優(yōu)化方法，主要通過建立動態(tài)規(guī)劃（DP）模型實現(xiàn)系統(tǒng)演化路徑的最優(yōu)設(shè)計。由于CCUS成本高、技術(shù)復(fù)雜性強以及排放源與封存點地理分散，現(xiàn)有源匯匹配模型在CCUS系統(tǒng)內(nèi)部子系統(tǒng)的交互性和復(fù)雜性還存在進步空間，相關(guān)政策變化和技術(shù)進步對源匯匹配成本的影響未充分納入考量，限制了源匯匹配模型的準確性和實用性。

未來，CCUS源匯匹配亟須引入更多現(xiàn)實約束與優(yōu)化思維，進一步強化模型的綜合決策能力，重點包括引入實際地理信息、納入“雙碳”目標約束及系統(tǒng)性分析政策驅(qū)動因素等，從而構(gòu)建起更加科學(xué)合理、經(jīng)濟可行的匹配方案，為CCUS系統(tǒng)的規(guī)?；渴鸷偷吞及l(fā)展戰(zhàn)略提供支撐。

二氧化碳化工利用技術(shù)是核心抓手

二氧化碳化工利用技術(shù)在CCUS體系中居于核心位置，通過將捕集的二氧化碳轉(zhuǎn)化為甲醇、聚碳酸酯等高附加值化學(xué)品，打造“以廢為材”的循環(huán)經(jīng)濟。憑借石化行業(yè)現(xiàn)有裝置和供應(yīng)鏈，該技術(shù)可快速產(chǎn)業(yè)化，提高生產(chǎn)效率、降低成本，成為石化行業(yè)實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展和碳中和目標的重要途徑。

目前，主流的二氧化碳化工利用技術(shù)路線主要有以下幾種。加氫轉(zhuǎn)化：已實現(xiàn)工業(yè)化規(guī)模應(yīng)用，如冰島10萬噸/年甲醇項目，是目前最成熟的化工利用途徑。環(huán)氧化物共聚：利用二氧化碳合成可降解聚合物和高值有機碳酸酯，已在江蘇形成萬噸級產(chǎn)能。礦化利用：通過固廢或混凝土實現(xiàn)二氧化碳永久封存，目前示范項目已在山西、浙江落地。電化學(xué)/光催化：代表零碳化工的前沿方向，實驗室效率已接近工業(yè)化門檻，未來有望與可再生能源深度耦合。當前，主流技術(shù)成本較高，預(yù)計到2030年目標成本有所下降，但目前依舊面臨能源與氫源依賴、催化劑壽命短、系統(tǒng)集成難度大等挑戰(zhàn)。

作為石化行業(yè)實現(xiàn)“原料替代”與“過程脫碳”的核心抓手，二氧化碳制甲醇、礦化建材等二氧化碳化工利用技術(shù)已具備商業(yè)化條件，而電催化、光催化等前沿技術(shù)需進一步突破效率瓶頸。中國石化石油化工科學(xué)研究院（簡稱石科院）自主研發(fā)的FCC煙氣二氧化碳捕集利用技術(shù)是具有石化產(chǎn)業(yè)特色的CCUS技術(shù)，可利用流化催化裂化（FCC）技術(shù)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的煙氣中低濃度二氧化碳制備氧化鋁基質(zhì)材料，在捕集二氧化碳的同時制備具有較高現(xiàn)實應(yīng)用價值的催化劑基質(zhì)材料。由于該技術(shù)無需對煙氣中低濃度二氧化碳提濃，可以直接利用FCC煙氣中的二氧化碳，受到業(yè)界廣泛關(guān)注。

著眼未來，石化行業(yè)需構(gòu)建“捕集—轉(zhuǎn)化—應(yīng)用”產(chǎn)業(yè)閉環(huán)，通過政策與市場機制協(xié)同，推動二氧化碳從“成本負擔(dān)”向“碳資產(chǎn)”轉(zhuǎn)型，最終支撐碳中和目標落地。

二氧化碳生物利用技術(shù)需攻克瓶頸

二氧化碳生物利用技術(shù)蓬勃發(fā)展，成本結(jié)構(gòu)和產(chǎn)業(yè)化瓶頸是破題關(guān)鍵。該技術(shù)通過生物轉(zhuǎn)化實現(xiàn)碳循環(huán)，具有負碳潛力大（微藻固碳效率是陸生植物的10～50倍）、原料適應(yīng)性強（可利用低濃度二氧化碳）、產(chǎn)品多元化等優(yōu)點，是實現(xiàn)“雙碳”目標的重要技術(shù)手段。主要的技術(shù)路線有如下幾種。

微藻固碳：通過光合作用轉(zhuǎn)化二氧化碳，高效光生物反應(yīng)器（如華潤的電力立柱式反應(yīng)器）和基因編輯技術(shù)（如中國科學(xué)院海洋工程所培育的藻株）相對傳統(tǒng)跑道池，極大減少了占地面積，顯著增強了二氧化碳固定能力（已有國家能源集團的產(chǎn)業(yè)示范項目）。石科院結(jié)合合成生物學(xué)與生物反應(yīng)器工程，在藻種選育、光生物反應(yīng)器設(shè)計、規(guī)?；囵B(yǎng)方面突破了微藻大規(guī)模養(yǎng)殖技術(shù)瓶頸，將螺旋藻價格降低到與進口魚粉相當?shù)乃?。該技術(shù)已進入工業(yè)示范階段，示范建成后每年可生產(chǎn)微藻約20噸，固定二氧化碳近40噸。此外，還有微生物電合成（MES）、生物炭制備與土壤改良技術(shù)和酶催化轉(zhuǎn)化技術(shù)等。

二氧化碳生物利用技術(shù)可實現(xiàn)二氧化碳到高值產(chǎn)品的綠色轉(zhuǎn)化，但其成本結(jié)構(gòu)和產(chǎn)業(yè)化瓶頸是兩個亟待解決的關(guān)鍵技術(shù)問題。當前，微藻飼料、生物炭土壤改良已具備商業(yè)化條件，而電合成燃料、酶催化化學(xué)品等前沿方向尚需突破成本瓶頸。未來，石化行業(yè)需推動“二氧化碳—生物質(zhì)—能源”三角循環(huán)，結(jié)合政策激勵與技術(shù)創(chuàng)新，助推生物利用成為石化行業(yè)碳中和重要路徑。

共同推動CCUS產(chǎn)業(yè)發(fā)展

目前，CCUS技術(shù)及產(chǎn)業(yè)發(fā)展還處于研發(fā)和示范階段，在大規(guī)模示范、普及、應(yīng)用方面仍存在許多制約因素。

在國家政策方面，目前我國尚未單獨研究制定CCUS產(chǎn)業(yè)發(fā)展整體規(guī)劃，CCUS技術(shù)研發(fā)、二氧化碳源匯匹配、二氧化碳輸送管網(wǎng)、跨行業(yè)工程應(yīng)用、政策法規(guī)等產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵因素尚未有效統(tǒng)籌協(xié)調(diào)。

在產(chǎn)業(yè)化機制方面，目前尚缺乏跨行業(yè)協(xié)作機制，存在不少行業(yè)壁壘。CCUS產(chǎn)業(yè)鏈涉及電力、鋼鐵、油氣、化工、運輸?shù)榷鄠€行業(yè)，二氧化碳源匯大部分情況下屬于不同企業(yè)或系統(tǒng)，存在源匯匹配共享、責(zé)權(quán)利分配、知識產(chǎn)權(quán)歸屬等多種挑戰(zhàn)，在現(xiàn)有管理體系及政策制度下難以實現(xiàn)跨行業(yè)協(xié)作，阻礙了CCUS產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。

在標準規(guī)范方面，CCUS標準體系亟須推進，參與國際標準研制及國際碳規(guī)則制定的力度不夠，在一定程度上影響了我國的減排成效。

在技術(shù)研發(fā)方面，盡管我國已開展了大量的CCUS技術(shù)研發(fā)，但目前仍存在許多技術(shù)瓶頸，如二氧化碳捕集技術(shù)能耗和成本總體偏高，因此需進一步加強產(chǎn)業(yè)鏈合作，協(xié)同開展技術(shù)攻關(guān)。

本文作者為中國石化石油化工科學(xué)研究院院長、中國石油學(xué)會碳中和專業(yè)委員會主任