國(guó)家能源集團(tuán)江蘇泰州電廠，一輛二氧化碳運(yùn)輸車在等待裝載二氧化碳。

本報(bào)記者 廖睿靈攝

6月2日，工作人員在國(guó)家能源集團(tuán)江蘇泰州電廠檢查二氧化碳捕集裝置運(yùn)行情況。

湯德宏攝(新華社發(fā))

大氣中的二氧化碳能不能捕捉起來(lái)進(jìn)行再利用?這個(gè)曾經(jīng)的設(shè)想如今已成為現(xiàn)實(shí)。

6月2日，亞洲最大火電碳捕集利用與封存(CCUS)項(xiàng)目——國(guó)家能源集團(tuán)江蘇泰州電廠項(xiàng)目正式投產(chǎn)。該項(xiàng)目每年可捕集50萬(wàn)噸二氧化碳，所捕集到的這些二氧化碳，將廣泛應(yīng)用于工業(yè)、食品業(yè)等領(lǐng)域，真正實(shí)現(xiàn)資源再利用。

看不見、摸不著的二氧化碳如何捕集?這些“被捕”的二氧化碳，又如何來(lái)到下游進(jìn)行再利用?記者前往泰州電廠進(jìn)行了實(shí)地采訪。

“捕碳”有必要

——實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)需推動(dòng)各行業(yè)減排，捕捉、封存二氧化碳正是重要手段

走進(jìn)泰州電廠廠區(qū)，三座高聳的作業(yè)塔映入眼簾。沿著綿長(zhǎng)的藍(lán)、白色管道向前望去，4個(gè)巨大的銀色球型儲(chǔ)氣罐與之相連，源源不斷輸送著經(jīng)過(guò)壓縮的液態(tài)二氧化碳，等待通過(guò)運(yùn)輸車裝載送往下游各地。

“這是我們的捕集區(qū)，占地面積約1650平方米，和已有的其他CCUS項(xiàng)目相比單位占地面積最小。”國(guó)家能源集團(tuán)新能源技術(shù)研究院碳中和中心碳捕集研究室經(jīng)理?xiàng)铌?yáng)介紹。

CCUS，又叫碳捕集利用與封存，是實(shí)現(xiàn)化石能源低碳利用的一項(xiàng)兜底技術(shù)，即把生產(chǎn)過(guò)程中排放的二氧化碳進(jìn)行捕集提純，再投入新的生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行再利用和封存。

“捕碳”，是為了降低碳排放。中國(guó)提出“雙碳”目標(biāo)以來(lái)，節(jié)能降碳已成為社會(huì)各行業(yè)共識(shí)。對(duì)于碳排放量較大的火電行業(yè)而言，既要保證煤電在能源供應(yīng)中的兜底作用，又要盡可能降低碳排放造成的環(huán)境影響。如何進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)減排，保證煤炭清潔高效利用?CCUS被視作關(guān)鍵的技術(shù)手段之一。

“泰州電廠CCUS項(xiàng)目二氧化碳捕集率超90%，每年可以捕集消納50萬(wàn)噸二氧化碳，產(chǎn)出干基二氧化碳純度超99%，既具備環(huán)保價(jià)值，也有商業(yè)示范意義。”國(guó)家能源集團(tuán)江蘇泰州電廠碳資源開發(fā)專項(xiàng)辦公室主任龔海艇說(shuō)。

二氧化碳看不見又摸不著，怎么“捕捉”?楊陽(yáng)告訴記者，正是水洗塔、吸收塔、再生塔這三座塔器在下功夫。“火電廠燃燒后排放的是符合國(guó)家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的煙氣，其中含有10%到15%的二氧化碳。我們正是以泰州電廠4號(hào)機(jī)組排放的煙氣為原料氣，進(jìn)行二氧化碳捕集。”

從煙氣的路途看，煙氣首先會(huì)通過(guò)引風(fēng)機(jī)進(jìn)入水洗塔，進(jìn)行降溫的同時(shí)，還能除去其中的硫氧化物、氮氧化物、粉塵等雜質(zhì)。

緊接著，這些氣體又來(lái)到吸收塔塔底。50多米高的吸收塔中，用于吸收二氧化碳的胺溶液從塔頂向下噴淋，進(jìn)而與氣體充分發(fā)生反應(yīng)。此時(shí)，煙氣中超九成的二氧化碳將被胺溶液吸收，剩余氣體達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)煙道回到主機(jī)煙囪排入大氣。

“吃”足了二氧化碳的胺溶液將進(jìn)入第三個(gè)塔——再生塔。在這里，吸收了二氧化碳的胺溶液經(jīng)過(guò)系列化學(xué)反應(yīng)，分解成純度超99%的二氧化碳和貧胺液，而后“兵分兩路”，前者通過(guò)不銹鋼管道輸送至壓縮、干燥、液化系統(tǒng)，將高純二氧化碳?xì)怏w轉(zhuǎn)為高壓二氧化碳液體，最終送入球型儲(chǔ)罐中;后者則回到吸收塔塔頂，等待進(jìn)行下一輪作業(yè)。

“煙氣在塔中的停留時(shí)間很短，全程不到兩分鐘時(shí)間。換句話說(shuō)，不到兩分鐘，我們就能把煙氣中的二氧化碳‘捕捉’起來(lái)，等待后續(xù)利用、封存。”楊陽(yáng)說(shuō)。

“用碳”不簡(jiǎn)單

——對(duì)接下游用戶，讓捕集到的二氧化碳充分發(fā)揮商用價(jià)值

二氧化碳“被捕捉”后將如何利用?

業(yè)內(nèi)人士介紹，目前二氧化碳應(yīng)用主要包括幾大領(lǐng)域：一是注入油藏中進(jìn)行驅(qū)油，提高油田采收率，進(jìn)而生產(chǎn)更多原油;二是化工利用，比如制造尿素、二氧化硅、碳酸鋇等無(wú)機(jī)化工產(chǎn)品以及水楊酸、甲醇、乙醇等有機(jī)化工產(chǎn)品。此外，二氧化碳還可應(yīng)用于食品領(lǐng)域。汽水飲料中的大量氣泡，就是食品級(jí)的二氧化碳。

實(shí)際上，此前國(guó)內(nèi)已有部分CCUS項(xiàng)目落地，但如何實(shí)現(xiàn)盈利，始終是困擾行業(yè)的普遍難題。中國(guó)石油規(guī)劃總院油氣田地面工程規(guī)劃研究所副所長(zhǎng)王念榕告訴本報(bào)記者，中國(guó)的CCUS項(xiàng)目仍處于商業(yè)化發(fā)展的初期階段，CCUS商業(yè)應(yīng)用效益相對(duì)較低，主要是由于部分CCUS項(xiàng)目技術(shù)和商業(yè)模式成熟度不高。“當(dāng)前低濃度的煙道氣二氧化碳捕集成本多在每噸400元以上，百公里二氧化碳運(yùn)輸成本在每噸35元以上，二氧化碳注入地層成本每噸約20元，綜合成本明顯超過(guò)二氧化碳驅(qū)油產(chǎn)生的效益。”王念榕說(shuō)。

破解CCUS項(xiàng)目發(fā)展瓶頸，實(shí)現(xiàn)二氧化碳商業(yè)化利用并確保盈利很關(guān)鍵。如今，泰州電廠CCUS項(xiàng)目已做出有效嘗試。“目前泰州電廠CCUS項(xiàng)目捕集到的二氧化碳主要應(yīng)用于工業(yè)和食品業(yè)等領(lǐng)域。我們有4個(gè)球型二氧化碳儲(chǔ)罐，其中2個(gè)儲(chǔ)存的是工業(yè)級(jí)二氧化碳，另外2個(gè)儲(chǔ)存食品級(jí)二氧化碳。”龔海艇透露，在項(xiàng)目設(shè)計(jì)初期，團(tuán)隊(duì)就已同步在長(zhǎng)三角地區(qū)開展了大量市場(chǎng)調(diào)研，鎖定了焊接制造、食品級(jí)干冰、高新機(jī)械清洗等方面用戶。

“我們電廠附近不僅有油田，還有部分制船企業(yè)，他們對(duì)二氧化碳都有較大需求，這意味著項(xiàng)目存在穩(wěn)定的客戶。”龔海艇說(shuō)，“從目前市場(chǎng)反饋來(lái)看，食品級(jí)干冰、冷鏈運(yùn)輸市場(chǎng)發(fā)展空間較大，客戶對(duì)我們產(chǎn)出的二氧化碳品質(zhì)反饋也很好。正是有了充分的市場(chǎng)調(diào)研，確保所捕集二氧化碳具備商用價(jià)值，我們的項(xiàng)目能夠保證捕集二氧化碳的100%消納，即每年50萬(wàn)噸的足額消納，具備穩(wěn)定盈利能力，也為煤電CCUS項(xiàng)目長(zhǎng)期可持續(xù)運(yùn)營(yíng)提供了樣本。”

有市場(chǎng)，還得有“好價(jià)”。龔海艇告訴記者，通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新、優(yōu)化工藝路線、合理設(shè)備布局等手段，該項(xiàng)目投資成本控制在相對(duì)較低水平，二氧化碳單位生產(chǎn)成本也較為理想，保證了該項(xiàng)目的可持續(xù)運(yùn)營(yíng)。

技術(shù)革新強(qiáng)

——加強(qiáng)科技攻關(guān)，實(shí)現(xiàn)CCUS項(xiàng)目大規(guī)模、可持續(xù)發(fā)展

CCUS項(xiàng)目是個(gè)新事物，既要保證產(chǎn)出大量高純度的二氧化碳以供市場(chǎng)，也要降低成本。這背后的關(guān)鍵，還得靠技術(shù)革新。

以泰州電廠為例，為了確保項(xiàng)目綜合性能，降低設(shè)備損耗，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)了新型低能耗、高容量、高穩(wěn)定性三元復(fù)配吸收劑，再生熱耗較傳統(tǒng)吸收劑下降超35%。

“雖然我們此前已有每年捕集15萬(wàn)噸二氧化碳的CCUS項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，但從15萬(wàn)噸到50萬(wàn)噸并非簡(jiǎn)單的數(shù)量疊加，而要在技術(shù)上進(jìn)行革新創(chuàng)造。”國(guó)家能源集團(tuán)新能源技術(shù)研究院碳中和中心主任徐冬說(shuō)，“吸收劑是CCUS項(xiàng)目技術(shù)工藝的‘心臟’，確定了吸收劑的指標(biāo)和方案，才能進(jìn)行后續(xù)的設(shè)備選型等工作。光是為了調(diào)整吸收劑配比方案，我們就做了超千次實(shí)驗(yàn)，才找到最優(yōu)解。”

采用循環(huán)水直流供水冷卻系統(tǒng)，減少投資并降低捕集每噸二氧化碳電耗約6千瓦時(shí);選用變頻可調(diào)離心式引風(fēng)機(jī)，經(jīng)濟(jì)調(diào)節(jié)負(fù)荷范圍可達(dá)60%到100%;使用的新型材質(zhì)板式換熱器，可保障設(shè)備檢修時(shí)間縮短二三天……一項(xiàng)項(xiàng)技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用，不僅成為泰州電廠CCUS項(xiàng)目可持續(xù)運(yùn)營(yíng)的堅(jiān)強(qiáng)保障，也為國(guó)內(nèi)CCUS推廣應(yīng)用提供了參照。

業(yè)內(nèi)人士分析，在“雙碳”目標(biāo)指引下，中國(guó)CCUS行業(yè)具備廣闊的發(fā)展空間。《中共中央 國(guó)務(wù)院關(guān)于完整準(zhǔn)確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達(dá)峰碳中和工作的意見》提出，“推進(jìn)規(guī)模化碳捕集利用與封存技術(shù)研發(fā)、示范和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用”。《中國(guó)二氧化碳捕集利用與封存(CCUS)年度報(bào)告(2021)》預(yù)計(jì)，2030年CCUS減排需求為0.2億至4.08億噸，到2050年CCUS產(chǎn)值有望實(shí)現(xiàn)3300億元以上。

“煤炭、煤電作為能源供應(yīng)‘壓艙石’的兜底保障作用依舊突出，CCUS是煤炭產(chǎn)業(yè)低碳化利用的經(jīng)濟(jì)可行選擇，也是保障電力系統(tǒng)靈活性的重要技術(shù)手段。未來(lái)，應(yīng)繼續(xù)加大技術(shù)攻關(guān)，推進(jìn)CCUS商業(yè)化利用，推動(dòng)建立完善的碳資產(chǎn)交易體系，進(jìn)而為國(guó)內(nèi)CCUS推廣應(yīng)用提供更友好的發(fā)展空間，為實(shí)現(xiàn)‘雙碳’目標(biāo)提供堅(jiān)強(qiáng)技術(shù)保障。”王念榕說(shuō)。