新氣象 | 減碳路上的“捕碳高手” 探訪高效靈活煤電及碳捕集利用封存全國重點實驗室

科研人員正在實驗室進行二氧化碳捕集實驗。王珍 攝 內(nèi).容.來.自：中`國`碳#排*放*交*易^網(wǎng) t a np ai f an g.com

華能清能院副總工程師郜時旺在進行吸收劑性能評價實驗。（華能清能院 供圖） 本`文@內(nèi)/容/來/自:中-國^碳-排-放^*交*易^網(wǎng)-tan pai fang. com

華能清能院CCUS團隊研發(fā)出的多種二氧化碳吸收劑及捕集塔填料等。王珍 攝 本%文$內(nèi)-容-來-自；中_國_碳|排 放_交-易^網(wǎng)^t an pa i fang . c om

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位于華能上海石洞口電廠的我國首個10萬噸級二氧化碳捕集裝置。（華能清能院 供圖）

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　　二氧化碳，我們并不陌生。自然界產(chǎn)生、人體呼出、工業(yè)排放……它在我們生活中無處不在，無色無味，看不見也摸不著，卻是導(dǎo)致全球氣候變暖的“元兇”之一。

　　節(jié)能降碳，不只靠種樹，也要靠技術(shù)。作為世界上最大的能源生產(chǎn)國和消費國，我國不斷通過科技創(chuàng)新，積極穩(wěn)妥推進碳達峰、碳中和，加快發(fā)展方式綠色轉(zhuǎn)型。除了大力發(fā)展新能源從源頭上實現(xiàn)零碳替代，以及推動煤炭清潔高效利用實現(xiàn)過程中減污降碳之外，終端捕碳固碳技術(shù)也成為重要的探究方向。 內(nèi)-容-來-自；中_國_碳_0排放￥交-易=網(wǎng) t an pa i fa ng . c om

　　據(jù)介紹，簡稱為CCUS的碳捕集利用與封存技術(shù)，就是將能源行業(yè)、工業(yè)過程中產(chǎn)生的二氧化碳捕集下來，送到合適的地點加以利用或者地質(zhì)封存，從而避免或延緩二氧化碳進入大氣。這一技術(shù)被視為減碳的托底技術(shù)，大家形象地稱之為“碳捕快”。

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　　那么，“碳捕快”如何捕捉二氧化碳？捕捉之后的二氧化碳又去了哪里、如何被再次利用？近日，記者走進依托中國華能集團建設(shè)的高效靈活煤電及碳捕集利用封存全國重點實驗室，一線探訪這個“捕碳高手”的真面目。 內(nèi).容.來.自：中`國*碳-排*放*交*易^網(wǎng) t a npai fa ng.com

　　一瓶小小的溶液是“捕捉”二氧化碳的關(guān)鍵

　　不斷地“試”只為追求更高效、更低能耗、更低成本、更高穩(wěn)定性 內(nèi).容.來.自：中`國*碳-排*放*交*易^網(wǎng) t a npai fa ng.com

　　從北京城區(qū)出發(fā)，沿京承高速一路向北，行至昌平，北六環(huán)以南，即是未來科學(xué)城。未來科學(xué)城東區(qū)，被稱為“能源谷”，中國華能集團清潔能源技術(shù)研究院便坐落于此。

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　　走在華能清能院園區(qū)內(nèi)，只覺環(huán)境清幽、流水潺潺，幾個風(fēng)機模型隨風(fēng)轉(zhuǎn)動。記者跟隨華能清能院CCUS團隊成員、溫室氣體減排與清潔燃料技術(shù)部副總工荊鐵亞博士，來到位于實驗樓二層的溫室氣體減排實驗室，這里是高效靈活煤電及碳捕集利用封存全國重點實驗室的重要組成部分，二氧化碳捕集利用與封存有關(guān)關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新與發(fā)展的重要平臺。

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　　調(diào)整壓力值、設(shè)定溫度參數(shù)……走進實驗室，記者看到CCUS團隊成員李野正在一個一人多高、兩米多長的裝置前進行實驗操作。

　　“這就是二氧化碳捕集實驗裝置。”李野告訴記者。該實驗裝置是這樣工作的：模擬火電廠、化工廠、水泥廠或者鋼鐵廠等“排放大戶”排出的、經(jīng)過預(yù)處理的煙氣，經(jīng)過兩個又細又高的塔狀設(shè)備處理，便可實現(xiàn)二氧化碳的捕集和再生，二氧化碳的捕集率可超過90%。“煙氣經(jīng)過第一個塔時，二氧化碳會被吸收劑吸收；經(jīng)過第二個塔時，在高溫狀態(tài)下，實現(xiàn)吸收劑與二氧化碳的分離再生。”

　　別看這個裝置不大，卻產(chǎn)出了不少重量級科技成果。借助它，既可以驗證二氧化碳吸收劑的捕集性能，也可以驗證二氧化碳捕集工藝的效率、能耗以及設(shè)備的可靠性等。 內(nèi)/容/來/自:中-國/碳-排*放^交%易#網(wǎng)-tan p a i fang . com

　　郜時旺，高效靈活煤電及碳捕集利用封存全國重點實驗室副主任、華能清能院副總工程師，也是全國勞動模范、全國優(yōu)秀共產(chǎn)黨員、黨的二十大代表，國內(nèi)CCUS領(lǐng)域領(lǐng)軍人物。

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　　據(jù)他介紹，CCUS可分為捕集、輸送、利用與封存幾個環(huán)節(jié)。其中，碳捕集是全鏈條的核心環(huán)節(jié)，也是成本最高的一個環(huán)節(jié)。

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　　“成本主要就高在吸收劑上。”郜時旺拿起一瓶小小的溶液告訴記者，二氧化碳捕集可分為化學(xué)吸收法、物理吸附法、膜分離法等，其中化學(xué)吸收法被認為是最適用于大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用的。對于化學(xué)吸收法而言，這一瓶小小的溶液正是有效“捕捉”二氧化碳的關(guān)鍵。 本+文+內(nèi).容.來.自：中`國`碳`排*放*交*易^網(wǎng) t a np ai fan g.com

　　記者看到，在實驗柜中擺放著多瓶不同顏色的溶液，有的是透明色，有的是棕黃色，有的上下融為一體，有的則如同油水般分為上下兩層。這些可都是實驗室的“寶貝”。

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　　據(jù)介紹，上下融為一體的是復(fù)配型吸收劑，這主要是從碳捕集材料的組分來講，指的是多種碳捕集有效化學(xué)組分的組合。如同油水般可分為上下兩層的則是相變型吸收劑，這主要是從碳捕集材料吸收二氧化碳后的變化來講，碳捕集材料吸收二氧化碳后自動分為富相（含二氧化碳較多）和貧相（含二氧化碳較少）兩層，后續(xù)再生時只需要對富含二氧化碳的富相部分進行加熱處理，這樣可以大幅降低二氧化碳捕集的總體能耗和成本。

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　　“我們的‘理想型’，要更高效，即捕集容量高、捕集速率快、解吸速率也快，同時要更低能耗、更低成本，還要具有更高的穩(wěn)定性。”郜時旺告訴記者，為了這個目標(biāo)，他和團隊成員始終步履不停，目前已研發(fā)出8種不同的二氧化碳吸收劑，每一種都來之不易。“溶液的配方十分復(fù)雜，千變?nèi)f化，如何找到那個最優(yōu)配方，就是要不斷地‘試’，一直試到那個能平衡所有參數(shù)和時序的配方出現(xiàn)為止。” 本+文+內(nèi)/容/來/自:中-國-碳-排-放（交—易^網(wǎng)-tan pai fang . com

　　華能清能院CCUS團隊成員、溫室氣體減排與清潔燃料技術(shù)部一級業(yè)務(wù)經(jīng)理王煥君博士對此感觸頗深：“僅新一代相變型吸收劑的研發(fā)，我們前后就經(jīng)歷了近10年時間，其間進行的試驗不計其數(shù)。”

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　　就是這樣，該團隊研發(fā)的二氧化碳吸收劑不斷迭代升級，捕集性能在國際范圍內(nèi)處于領(lǐng)先地位。

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　　“我們首創(chuàng)的高效低能耗復(fù)配型二氧化碳吸收劑、新一代相變型二氧化碳吸收劑，不僅吸收劑損耗實現(xiàn)了大幅下降，而且使碳捕集成本也下降了25%至50%。”郜時旺說。

　　目前，新一代相變型二氧化碳吸收劑已在華能長春熱電廠、華能上海石洞口電廠的二氧化碳捕集示范裝置投用。 本+文內(nèi).容.來.自：中`國`碳`排*放*交*易^網(wǎng) ta np ai fan g.com

　　可樂啤酒、農(nóng)場氣肥、油氣開采……

　　被捕獲的二氧化碳這樣“變廢為寶”

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　　被捕集的二氧化碳去了哪兒、怎么用？食品飲料、農(nóng)場氣肥、油氣開采……可謂是用處多多。 本@文$內(nèi).容.來.自：中`國`碳`排*放^交*易^網(wǎng) t a np ai fan g.c om

　　據(jù)介紹，經(jīng)分離、純化后，那些二氧化碳或是“變身”為食品制作原料，或是經(jīng)加工后成為化工燃料，或是用于金屬加工焊接保護、激光等工業(yè)應(yīng)用，抑或是直接注入到油氣層助力提高石油采收率、注入到咸水層等空間內(nèi)實現(xiàn)地質(zhì)封存。 本文`內(nèi)-容-來-自；中_國_碳_交^易=網(wǎng) tan pa i fa ng . c om

　　“二氧化碳捕集的成本很高，如果只有投入，沒有產(chǎn)出，很難進行商業(yè)化推廣。所以我們希望捕集的二氧化碳能通過有效利用帶來一定的收益，盡可能補償碳捕集的成本，以此推動規(guī)模化碳捕集技術(shù)的示范應(yīng)用和技術(shù)進步。”郜時旺告訴記者。 內(nèi)-容-來-自；中_國_碳_0排放￥交-易=網(wǎng) t an pa i fa ng . c om

　　“像咱們?nèi)粘：鹊目蓸?、啤酒等都可以用捕集來的二氧化碳進行制作。”華能清能院CCUS團隊成員、二氧化碳利用學(xué)科帶頭人王琪博士介紹，碳利用是指二氧化碳實現(xiàn)資源化利用的過程，主要包括食品利用、化工利用、地質(zhì)利用等。

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　　記者了解到，在食品利用方面，郜時旺與團隊成員2008年在華能北京熱電廠建設(shè)我國第一套燃煤電廠二氧化碳捕集裝置，并生產(chǎn)出了食品級的二氧化碳，填補了國內(nèi)空白。 內(nèi)-容-來-自；中_國_碳_0排放￥交-易=網(wǎng) t an pa i fa ng . c om

　　“食品級二氧化碳的要求是純度很高。”王琪告訴記者，根據(jù)國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，食品級二氧化碳的純度需大于99.9%。通過捕集可以將二氧化碳濃度提高到99.5%，如果想要得到食品級二氧化碳，還需要經(jīng)過精制處理。 內(nèi)/容/來/自:中-國-碳-排-放*交…易-網(wǎng)-tan pai fang . com

　　然而，現(xiàn)實生活中，對食品級二氧化碳的需求量并不高。 本%文$內(nèi)-容-來-自；中_國_碳|排 放_交-易^網(wǎng)^t an pa i fang . c om

　　據(jù)介紹，2009年，在華能上海石洞口電廠建成投產(chǎn)的12萬噸/年的二氧化碳捕集示范工程，是當(dāng)時世界最大的燃煤電廠二氧化碳捕集示范項目。雖然捕集利用量只占電廠一臺發(fā)電機組二氧化碳排放量的5%左右，但已基本上能夠滿足上海市食品行業(yè)對二氧化碳的需求。 本`文@內(nèi)-容-來-自；中_國_碳排0放_交-易=網(wǎng) t an pa ifa ng . c om

　　目前，對捕集來的二氧化碳最主要的利用方式是化工利用和地質(zhì)利用。化工利用是將二氧化碳轉(zhuǎn)化為燃料和原料，包括甲醇、汽油、塑料等產(chǎn)品的生產(chǎn)，而地質(zhì)利用主要用于驅(qū)油開采。

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　　與食品級二氧化碳高純度要求不同，化工利用對捕集二氧化碳的純度要求相對較低。“這要看具體的利用方式和催化劑，有些催化劑容易受一些雜質(zhì)的影響，對二氧化碳的純度要求就會高一些，有些催化劑則對雜質(zhì)的耐受性比較高。”王琪告訴記者，二氧化碳分子十分穩(wěn)定，很難打開化學(xué)鍵讓其參與反應(yīng)，如何提高二氧化碳轉(zhuǎn)化率，是化工領(lǐng)域利用的難點。目前，他們在二氧化碳加氫制甲醇燃料、制烯烴方向取得了較大進展，研制了配套催化劑技術(shù)和關(guān)鍵工藝設(shè)備，二氧化碳單程轉(zhuǎn)化率達到先進水平。同時，他們也正在研究如何讓二氧化碳成為先進碳材料的原料。 禸*嫆唻@洎：狆國湠棑倣茭昜蛧 τāńｐāīｆāńɡ.ｃōｍ

　　“地質(zhì)利用，被認為是實現(xiàn)二氧化碳大規(guī)模經(jīng)濟利用與地質(zhì)封存的有效方式。”荊鐵亞告訴記者，利用二氧化碳驅(qū)油、驅(qū)氣并封存，可同時實現(xiàn)油氣增產(chǎn)和二氧化碳減排。

　　甘肅省最東部，華能隴東煤電風(fēng)光儲一體化多能互補綜合能源基地建設(shè)正酣。建成之后，這里將成為我國規(guī)模最大的綜合能源基地。與此同時，也將成就全球首個150萬噸/年大規(guī)模CCUS工程示范項目。屆時那里將實現(xiàn)低能耗二氧化碳捕集、驅(qū)油與封存全流程工業(yè)示范。 內(nèi).容.來.自：中`國*碳-排*放*交*易^網(wǎng) t a npai fa ng.com

　　“不過，相較于碳排放量，捕集后再利用的二氧化碳只是其中很少的一部分，沒被利用的部分仍需要被封存起來。”荊鐵亞說，封存二氧化碳一般要求注入距離地面至少1000米的地下巖層，在這樣的深度下才能確保二氧化碳保持在“超臨界流體”，且不易泄漏，“封存地點、容量以及安全性、經(jīng)濟性等，都是需要考量的因素。”

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　　從“小學(xué)生”到“老師”，再到國際標(biāo)準(zhǔn)制定者

　　我國二氧化碳捕集技術(shù)達到國際領(lǐng)先水平，首次整體出口到發(fā)達國家

　　最近，郜時旺和團隊成員除了忙于新技術(shù)研發(fā)外，還有一個“重頭戲”——牽頭編制國際標(biāo)準(zhǔn)ISO 27927《燃燒后二氧化碳捕集吸收溶液的關(guān)鍵性能指標(biāo)及測試方法》。 本%文$內(nèi)-容-來-自；中_國_碳|排 放_交-易^網(wǎng)^t an pa i fang . c om

　　這是由我國牽頭制定的首個碳捕集領(lǐng)域國際標(biāo)準(zhǔn)。 本文`內(nèi)-容-來-自；中_國_碳_交^易=網(wǎng) tan pa i fa ng . c om

　　“標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布后不僅將推動提升全球碳捕集領(lǐng)域研發(fā)和生產(chǎn)的科學(xué)性和規(guī)范性，對全球碳捕集領(lǐng)域的科學(xué)研究、工程建設(shè)和運行管理具有重要的指導(dǎo)意義，而且還會大幅提高我國在全球CCUS行業(yè)、在應(yīng)對氣候變化方面的話語權(quán)。”提及此，郜時旺頗顯激動。 本`文內(nèi).容.來.自：中`國`碳`排*放*交*易^網(wǎng) t a npai fan g.com

　　十多年的時間，我國在二氧化碳捕集技術(shù)領(lǐng)域，走過了從“小學(xué)生”到“老師”、再到國際標(biāo)準(zhǔn)制定者的蝶變之路。 本`文內(nèi).容.來.自：中`國`碳`排*放*交*易^網(wǎng) t a npai fan g.com

　　郜時旺最明白其中艱辛。“核心技術(shù)還是要靠自己。”他感慨道。

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　　思緒回到16年前。2007年，郜時旺接到集團公司的任務(wù)，要求在2008年北京奧運會前建設(shè)并投運碳捕集裝置。 禸*嫆唻@洎：狆國湠棑倣茭昜蛧 τāńｐāīｆāńɡ.ｃōｍ

　　“當(dāng)時給我們定的二氧化碳捕集目標(biāo)是每年3000噸，相當(dāng)于16萬棵樹每年吸收的二氧化碳總量。這是該技術(shù)的首次探索，國內(nèi)外都比較關(guān)注。”郜時旺回憶，彼時，他的研究方向是電廠除塵和流場模擬，碳捕集對他而言還僅僅是論文里的概念。

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　　“外國人能搞出來，我們也能。”郜時旺堅定信念，但就在項目要開工時，國外合作方的圖紙和技術(shù)資料因故突然無法到來，給項目帶來了極大困難。 禸*嫆唻@洎：狆國湠棑倣茭昜蛧 τāńｐāīｆāńɡ.ｃōｍ

　　這也讓他明白了一個道理，核心技術(shù)要靠自己。他翻遍所有能查到的資料，所獲取的有效信息仍然是寥寥無幾。“當(dāng)時這項技術(shù)，是學(xué)校里無此專業(yè)、市場上無此技術(shù)、業(yè)界更是無此先例。” 本`文@內(nèi)-容-來-自；中^國_碳0排0放^交-易=網(wǎng) ta n pa i fa ng . co m

　　另辟蹊徑，他和同事們決定將化工行業(yè)的碳捕集技術(shù)移植到電力行業(yè)。然而，由于技術(shù)難度非常大，國內(nèi)幾家知名的化工設(shè)計院都婉拒了他們的合作邀請。

　　在處處碰壁之后，他們只能自主研發(fā)，在攻克了一個又一個技術(shù)難題后，最終提出關(guān)鍵創(chuàng)新工藝，建成并成功投運中國第一套燃煤電廠二氧化碳捕集項目——華能北京熱電廠碳捕集項目，成為2008年北京奧運會期間我國對外展示的窗口。

　　2009年在上海石洞口電廠建成當(dāng)時世界上最大的燃煤電廠二氧化碳捕集示范裝置，已運行超過10年，保持世界運行時間最長的紀(jì)錄。 禸*嫆唻@洎：狆國湠棑倣茭昜蛧 τāńｐāīｆāńɡ.ｃōｍ

　　2021年，他們參與建設(shè)澳大利亞最先進的陸上CCUS項目，實現(xiàn)了我國二氧化碳捕集技術(shù)向發(fā)達國家的轉(zhuǎn)讓。這也標(biāo)志著我國二氧化碳捕集技術(shù)達到國際領(lǐng)先水平，首次整體出口到發(fā)達國家。

　　世界上最大的燃煤電廠150萬噸/年的二氧化碳捕集與封存全流程示范項目正在建設(shè)中。 本`文-內(nèi).容.來.自：中`國^碳`排*放*交^易^網(wǎng) ta np ai fan g.com

　　由CCUS技術(shù)衍生出的國際首創(chuàng)的顛覆性技術(shù)——低溫法污染物一體化脫除技術(shù)，可一體化脫除煙氣中的硫氧化物、氮氧化物、粉塵、重金屬等其他污染物。 本`文@內(nèi)-容-來-自；中_國_碳排0放_交-易=網(wǎng) t an pa ifa ng . c om

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　　從0到1，成果滿滿。據(jù)介紹，華能清能院CCUS團隊共獲得國內(nèi)外專利200余項。

　　“對我來說，最自豪的項目永遠是下一個。”郜時旺說。

　　為進一步攻克碳捕集成本與運行能耗較高的挑戰(zhàn)，他們正從二氧化碳捕集材料、工藝以及設(shè)備等方面進行技術(shù)創(chuàng)新；為提升二氧化碳利用率，他們正在開發(fā)“液態(tài)陽光”，把二氧化碳、水和太陽能轉(zhuǎn)化為甲醇等可運輸液體燃料……

　　這里，創(chuàng)新仍在繼續(xù)。

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