CCUS技术：解锁“双碳”未来的关键密码

碳捕集、利用与封存（CCUS）是指将CO2从工业过程、能源利用或大气中分离出来，并输送到适宜的场地加以封存和利用，最终实现CO2减排的技术手段，涉及CO2捕集、运输、利用和封存等多个环节。联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）的第六次评估报告（AR6）指出，要实现巴黎协定温控目标，需要利用CCUS技术实现累计千亿吨的碳减排量。在碳中和目标下，CCUS是化石能源低碳利用、工业流程低碳再造的一项关键技术支撑，其延伸的直接空气捕集（DAC）、生物质能碳捕集与封存（BECCS）技术则是实现大气中残余CO2去除的重要技术选择。

CCUS已成为全球应对气候变化、实现区域碳中和目标的关键技术路径，本文系统梳理了CCUS技术体系及其发展脉络，基于国内外技术发展现状，深入分析当前面临的挑战，并对未来发展前景进行展望。

CCUS技术基本概念

（一）CCUS技术定义

CCUS（Carbon Capture, Utilization and Storage），即二氧化碳捕集、利用与封存技术，是指将二氧化碳从工业过程、能源利用或大气中分离后，直接进行资源化利用或注入地层实现永久减排的技术体系。该技术涵盖捕集、运输、利用及封存四大核心环节，是全球应对气候变化、实现碳减排目标的重要技术路径，也是我国落实“双碳”战略的关键支撑。通过提升化石能源清洁利用效率并推动工业深度脱碳，CCUS技术不仅为能源安全提供保障，更对生态文明建设与可持续发展具有不可替代的作用。研究表明，到2050年其减排潜力可达11亿至27亿吨二氧化碳，凸显其在工业减排体系中的战略地位。

（二）CCUS技术定位

CCUS技术在当前经济社会发展中具有战略地位。

在碳减排领域，该技术通过捕集与封存工业生产及能源利用过程中产生的二氧化碳，显著降低碳排放强度，为全球碳减排提供核心技术支撑。

在能源转型进程中，CCUS技术破解了化石能源利用与低碳发展的矛盾——将二氧化碳注入枯竭油气田既实现碳封存，又提升油气采收率，推动化石能源开发从“资源消耗型”向“资源价值提升型”转变。

在工业创新领域，CCUS技术正在催生出全新的产业生态。二氧化碳捕集后的资源化利用技术不断突破，可将其转化为合成燃料、建筑材料、人工生物合成等高附加值产品，为工业发展增添新鲜活力。

从能源安全视角，CCUS技术促进化石能源高效利用并延长其生命周期，保障能源供应稳定性；同时与可再生能源协同潜力显著，例如风电、光伏电力可驱动二氧化碳电解装置生成合成气或甲烷，实现可再生能源的高效存储与灵活应用。

经济可持续发展层面，CCUS技术带动碳捕集设备、封存设施及运输管网等上下游产业链集群发展，构建“低碳-负碳”经济新模式，并重塑钢铁、水泥等高排放行业的竞争优势。

基于上述价值，CCUS技术已成为全球气候治理的焦点，多国正加大资源投入推动其研发与实践。

（三）CCUS技术发展脉络

CCUS技术起源可追溯至20世纪20年代天然气纯化过程中对二氧化碳分离的探索，随后学术界展开二氧化碳驱油理论与实验研究。1972年，全球首个商业化二氧化碳驱油项目在美国德州投入运行，标志着技术应用里程碑。至20世纪80年代，科学家提出将二氧化碳封存于天然气藏、咸水层等地质结构的构想，为技术体系拓展奠定基础。近年来，在全球“双碳”目标驱动下，CCUS技术进入快速发展期：中国已构建覆盖捕集、运输、利用及封存的全流程技术体系，项目数量与规模持续增长，逐步迈向规模化应用阶段。例如长庆油田CCUS项目累计封存二氧化碳突破102万吨，吉林油田项目实现国际碳交易外汇收入，彰显技术落地成效。

CCUS技术体系

CCUS技术体系

（一）碳捕集技术

碳捕集技术的特点对比

碳捕集技术作为CCUS体系的核心环节，主要包括燃烧后捕集、燃烧前捕集、富氧燃烧及化学链燃烧等类型。燃烧后捕集适用于现有排放源改造，通过吸收剂分离烟气中的二氧化碳；燃烧前捕集则在燃料气化阶段实现碳分离，能效更高；富氧燃烧以纯氧替代空气助燃，提升烟气中二氧化碳浓度；化学链燃烧则通过载氧体传递氧，实现二氧化碳内分离。当前技术正向高纯度捕集（如99.9%）发展，为资源化利用奠定基础。

（二）碳运输技术

碳运输技术连接捕集与利用/封存环节，涵盖管道、船舶、铁路及公路四种主要方式。管道运输具备运量大、连续性强优势，但建设成本高、灵活性低，适用于大规模近距输送；船舶运输适合跨区域长距离运输，运量较大但需配套装卸设施；铁路与公路运输灵活性高，可实现“门到门”服务，但运量小、成本高，多用于小批量短途场景。

在运输过程中，需要特别关注二氧化碳的泄漏风险，必须采取严格措施确保运输安全。同时，也要考虑运输成本对整个CCUS项目经济性的影响。因此，在选择运输方式时，需要综合考量多方面因素，以实现运输效率和成本的平衡。

（三）碳利用技术

碳利用技术通过资源化转化创造经济价值，在工业领域应用广泛。水泥生产中，二氧化碳可作为原料参与矿化反应，降低工艺碳排放；钢铁行业利用二氧化碳替代化石燃料进行铁矿石还原，推动低碳冶炼；化肥领域则通过合成尿素等实现碳固定。此外，新兴技术正拓展至合成燃料、建筑材料及生物制造等高附加值领域，如将二氧化碳转化为甲醇或碳酸盐建材，为产业绿色转型注入新动能。

（四）碳封存技术

碳封存技术是将二氧化碳注入地下岩层等地质结构，实现二氧化碳的永久储存。其原理是利用地质结构的密封性和稳定性，将二氧化碳困在地下。常见的封存方法包括咸水层封存、枯竭油气藏封存等。咸水层封存是将二氧化碳注入地下咸水层，利用咸水层的孔隙空间储存二氧化碳；枯竭油气藏封存则是将二氧化碳注入已经开采完的油气藏中，这种封存方式还可以提高油气采收率。

为确保封存的安全性，需要对封存地点进行严格的地质评估和监测。通过建立监测系统，实时监测二氧化碳的泄漏情况，一旦发生异常，可以及时采取措施防止泄漏事故的发生，保障生态环境安全。

全球CCUS技术发展现状

（一）全球CCUS技术应用领域

CCUS技术作为全球碳减排的兜底技术，已在多行业展现关键价值。在电力领域，其广泛应用于燃煤电厂与天然气发电厂，通过捕集燃料燃烧产生的二氧化碳，显著降低大型电力设施的碳足迹，推动电力生产低碳化转型。石油化工行业中，CCUS技术覆盖石油炼制、化工制造等环节，捕集的二氧化碳既可用于油藏开采提升采收率，也可转化为化学品，实现工业排放的资源化利用。钢铁行业通过在高炉炼铁、焦化过程中捕集二氧化碳，推动全生命周期碳减排；水泥行业则针对煅烧及化学反应排放的高浓度二氧化碳，实现封存与资源化双路径减排，为行业碳中和提供支撑。此外，航空航天等新兴领域亦探索CCUS技术的潜在应用，未来有望拓展至更多低碳场景。

（二）全球典型CCUS项目案例

全球典型CCUS项目案例

加拿大

某大型CCUS项目聚焦当地石油化工企业排放的二氧化碳，通过先进碳捕集技术提升捕集效率，并依托高效管道运输系统确保二氧化碳安全输送至封存地。该项目既有效减少了当地二氧化碳排放，又借助二氧化碳驱油技术提高了石油采收率，实现了环境效益与经济效益的双赢。

美国

某CCUS项目覆盖电力和石油两大行业，采用“燃烧后捕集+二氧化碳驱油”的组合技术，将燃煤电厂排放的二氧化碳捕集后用于油田开采。这一模式显著降低了电厂碳排放，同时增加了油田产量，推动了能源行业的可持续发展。

澳大利亚

某CCUS项目专注于工业排放二氧化碳的地下咸水层封存，通过先进的地质监测技术保障封存过程的安全性与稳定性。项目成功实现了二氧化碳的永久封存，减少了温室气体排放，为应对气候变化做出了贡献。

我国CCUS技术发展现状

（一）政策环境

我国政府高度重视CCUS技术的发展，并出台了一系列支持政策。在国家层面，2023年国家发展改革委等10部门联合印发《绿色低碳先进技术示范工程实施方案》，明确了2025年及2030年CCUS示范项目的年捕集、利用与封存目标规模。政府还设立了专项基金，预计到2025年累计投入将达到100亿元，用于支持CCUS技术研发与产业化推广。

在地方层面，各省市积极响应国家号召，结合本地产业特点与发展需求，制定了区域性的CCUS发展规划与配套政策。这些政策为技术研发和项目落地提供了有力支持，有效引导企业加大投入，推动技术创新与工程示范，促进了CCUS技术在我国的广泛应用。

（二）技术发展水平

我国已在CCUS全流程技术体系中取得显著进展。碳捕集方面，目前已开发出适用于不同浓度排放源的二氧化碳捕集技术，并在煤电、石化、水泥和钢铁等行业开展多项示范应用。例如，2023年由中国科学院与清华大学联合研发的新型吸附剂材料，显著提高了捕集效率，同时使成本降低30%以上。

在碳利用方面，中石油、中石化、中海油及延长石油等企业已在多种油藏中开展CO₂驱油与封存现场试验，逐步形成配套的技术体系。化学转化与生物利用技术也发展迅速，部分CO₂制备液体燃料、化工材料及矿化固定技术已进入示范阶段。

在碳封存方面，我国已初步建立封存安全性评估、监测及全生命周期评价等技术体系。总体来看，我国CCUS技术持续创新，正逐步迈向规模化应用。

（三）典型项目案例

中国石化齐鲁石化-胜利油田百万吨级CCUS项目

中国首个百万吨级CCUS项目，2022年投产，将捕集的二氧化碳用于驱油与封存。

年捕集封存超100万吨二氧化碳，日产原油显著提升，实现经济与环境效益双赢。

为大型CCUS项目运营提供经验，推动石化行业应用。

华能集团上海石洞口第二电厂项目

对电厂进行CCUS改造，采用燃烧后捕集技术，年捕集约10万吨二氧化碳。

降低电厂碳排放，为电力行业低碳发展提供技术改造示范。

卧龙河气田茅口组气藏CCUS-EGR先导试验工程

国内首套针对低压、中低浓度二氧化碳的捕集装置，采用CCUS-EGR模式，2025年调试成功。

年捕集量预计2.65万吨，回注后提升油气采收率约10%，实现碳循环利用。

是国内天然气净化厂尾气捕集与回注驱气的首例，标志相关技术实现工业突破。

CCUS技术面临的挑战

（一）技术成熟度不足

目前CCUS关键技术尚未实现完全商业化应用，整体成本偏高，可靠性仍需提高。在碳捕集环节，虽涌现出新型吸收剂和膜材料，但其在大规模应用中仍面临经济性瓶颈。碳运输方面，管道建设投资巨大，而船舶、铁路和公路等方式在安全与效率方面仍存在局限。碳利用技术路径多样，但多数仍处于实验或示范阶段，尚未具备大规模产业化条件。碳封存则在地质稳定性评估和长期监测方面存在技术不确定性。

未来应重点围绕降本增效、提升系统可靠性开展研发攻关。包括开发高性能吸收剂和膜材料、优化运输方案、拓展二氧化碳高值化利用路线，以及加强封存场址地质特性研究与长效监测技术。

（二）基础设施建设滞后

CCUS配套基础设施规模大、投资高，推进难度较大。改造或新建捕集装置成本高昂；运输管线建设涉及用地、环保等一系列复杂问题；其他运输方式也需配套完善的接收与储存设施。封存设施建设前必须开展详细地质勘探，评估场地的安全与稳定性。

推进设施建设应统筹考虑排放源与封存地的匹配、产业布局与运输经济性，优先在碳排放集中区域布局捕集点，合理规划运输网络，优选封存场地，并推动跨地区、跨行业基础设施共建共享，提升整体效益。

（三）政策与法规不完善

当前CCUS领域缺乏统一的技术标准与规范，政策激励力度不足，在一定程度上制约了技术推广。碳排放权交易市场中对CCUS项目减排量的认定和交易机制尚不明确，影响了企业参与积极性。此外，现有资金支持难以覆盖项目全周期高风险，企业投资意愿受限。

未来应加快构建CCUS技术标准体系，明确项目开发、运营与监管要求；将其纳入碳排放权交易体系，并建立合理的碳信用认定与交易机制；同时增强财政补贴与税收优惠，鼓励更多企业参与CCUS项目建设与运营。

CCUS技术的未来发展前景

（一）市场需求预测

根据国际能源署（IEA）预测，在可持续发展情景下，2030年全球CCUS年捕集量需求将达56.4亿吨，2070年可能增至104亿吨。《中国二氧化碳捕集利用与封存（CCUS）年度报告（2023）》指出，2060年我国CCUS理论年需求约23.5亿吨，以239元/吨保守碳价计算，相关市场规模可达5616亿元。可见，全球与国内CCUS市场均呈现快速增长趋势。政策推动、减排目标约束与技术成本下降将成为未来市场需求释放的关键动力。

（二）技术创新方向

为提升CCUS技术经济性与系统可靠性，需在全链条推进技术创新。捕集环节重点开发高性能、低能耗的吸收剂和膜材料；利用环节拓展CO₂合成燃料、化学品及矿物碳化等高效转化技术；封存环节强化地质评价与长效监测，保障环境安全。技术创新的核心在于提高效率、降低成本并验证长期稳定性，难点包括新材料研发、工艺优化及大规模工程验证。

（三）产业发展趋势

CCUS产业将趋向全链条协同发展，涉及捕集、运输、利用与封存的各企业需加强合作，实现资源整合与互补。同时，CCUS也将与清洁能源、储能等低碳技术融合创新，如利用可再生能源电力进行捕集与转化，结合储能解决利用环节的间歇性问题。产业发展既受益于政策与市场双驱动，也仍面临技术、基建与成本方面的挑战。

（四）对实现“双碳”目标的贡献

CCUS技术将对实现“双碳”目标发挥重要作用：捕集与封存二氧化碳，有效降低大气中的温室气体浓度；推动化石能源清洁高效利用，如通过CO₂驱油提高采收率，延长能源使用周期；为钢铁、水泥等高排放行业提供深度脱碳路径。此外，CCUS也可与可再生能源等技术协同，促进能源结构转型，加速碳中和进程。