目前，很多CCUS项目正在开展工业化运营（受访者提供）

实现“双碳”目标，除了源头减排和能源替代，终端二氧化碳的回收、封存及利用（CCS/CCUS)技术同样关键。近日，我国首个海上二氧化碳封存示范工程项目正式投用，每年封存量达30万吨，累计将超150万吨。但项目本身有不低的成本：投资2.57亿元，每年需250万元维护费。每封存1吨二氧化碳，需500~1000元。

“二氧化碳的捕集技术已经十分成熟，难点是人类利用二氧化碳的能力目前还远低于捕集它的能力，如果‘CCS’（碳捕获、封存）中不加一个‘U’（利用），都封存入地底，就难以扩大规模和商业化运作。”相关人士告诉记者，如今，各类CCUS技术正蓬勃发展，不少已开启商业化尝试。

目前和将来，人类能把二氧化碳变成什么？这些技术会对实现碳中和产生哪些影响？记者近日进行了采访。

已利用于油田驱油   

清华大学化学工程系副教授蒋国强常年关注各类CCS/CCUS技术。他告诉记者，人类目前主要采用的碳捕集方法是溶剂吸收法，该工业方法早在一百年前生产化肥时就已出现，如今人们主要是通过溶剂和过程优化来适应碳捕集的新要求。而二氧化碳捕集后，最早的大规模利用方式则是油田驱油。

蒋国强介绍，在美国德克萨斯州休斯敦附近的W.A. Parish电厂，建设有目前世界上最大的碳捕集与封存项目。每年，发电厂可捕获、封存及利用140万吨的二氧化碳，相当于整个电厂排放量的90%。被捕获的二氧化碳中，主要一部分用于给油田驱动采油。我国同样掌握这项技术，2021年，国家能源集团锦界电厂15万吨/年二氧化碳捕集利用与封存项目正式投产，生产出的工业级液态二氧化碳主要用于油田驱油、化工厂制备小苏打等。

而业内人士告诉记者，二氧化碳驱油技术的应用场景主要为油田开采晚期，这时油田内剩余的石油都挤在一些地缝里，要把这些石油取出来，以前的方法是通过注水将石油往外挤，现在则是拿纯二氧化碳打入油田，将石油压出来，二氧化碳不仅成为产油的工具，同时也起到封存它的效果，“虽然封存的量比较客观，但是这种方法的缺点也比较明显，一是受地理条件限制，没有油田的地方无法开展；二是未来我们要减少化石能源的开采；三是这种方式要循环使用二氧化碳，且始终存在一定泄漏的风险。”

变碳酸钙每吨卖800元以上   

蒋国强介绍，国内已有企业开启将二氧化碳矿化为碳酸钙等无机物，并作为工业原料销售的商业化尝试，“碳酸钙本身是大宗基础化工原料，市场需求量很大，现在主要依靠开采石灰石来满足市场需求，但开采本身会对环境造成负面影响。而利用二氧化碳的矿化路线生产碳酸钙，一方面固定二氧化碳，另一方面减少开采对环境的破坏。”

去年年底，国能集团的大同发电厂上马了一套年处理1000吨二氧化碳的矿化设备，这套装置将电厂尾气中的二氧化碳与富含钙元素的工业固废反应，最终形成微米级的碳酸钙超细颗粒。技术工艺及设备提供方—原初科技（北京）有限公司的首席技术官王麒告诉广州日报记者：“我们的化学链矿化工艺流程前端有溶解工业固废的反应器，后端有做二氧化碳矿化的反应器，这都是我们的专利设备，组成了我们完整的技术体系。我们技术的最大特点是二氧化碳不需要捕集、提高纯度，这节约了很大的成本，在我们的反应器里，从5%到100%任何浓度的二氧化碳都可以直接反应。我们的二氧化碳吸收转化率大于90%，且只需2分钟就可以实现。通俗说，就是1吨二氧化碳经过2分钟的反应，其中的0.9吨就转化成碳酸钙。”

二氧化碳矿化工厂（受访者提供）

“我们是在不消耗任何酸碱的情况下实现二氧化碳的高效矿化，且整个过程能耗非常低，容易进行工业放大。我们的目标是将来要处理上亿吨的二氧化碳。实现大规模减碳。”王麒向记者表示，目前公司正与有关企业洽谈建设一套年处理规模10万吨二氧化碳的工业装置，装置已处设计阶段，“国外对我们的技术感兴趣。英国有很大的钢铁企业正跟我们洽谈，马来西亚也有一个冶金钢铁企业，希望我们去能做减碳。去年，马斯克基金会出资1亿美金搞全球碳去除大赛，在全球招募碳去除技术进行评选。原初科技是中国矿化技术公司唯一一家进入前60强的公司，这意味着我们的技术在国际上受到肯定。”

王麒介绍，微米级超细颗粒碳酸钙可广泛用于塑料、涂料、造纸、橡胶等工业领域，市场上，这类碳酸钙颗粒可以卖到1吨800元以上。按此价格销售，项目的投资回报期只需5到6年时间，“我们的做法就是‘以废治废、变废为宝’，我们是真正的‘碳负’技术，根据第三方机构做的评估，碳净减排率大于50%。此外，反应所需要的能量基本都依靠电能，而随着我国“绿电”的进一步大规模普及应用，反应带来的碳排放将进一步降低，未来将实现更好的碳净减排。” 

变混凝土后在香港盖楼

蒋国强介绍，高纯度二氧化碳的另一项商业应用是养护混凝土。原本，混凝土在使用过程中需要用蒸汽进行养护，如今，科学家们发现可以用二氧化碳代替蒸汽完成混凝土养护的过程，这一过程同时能实现高效固碳。而该技术在我国也已开启商业化应用。

“去年，我们与中建集团合作，在他们承建的香港有机资源回收中心二期的建筑中，借助我们的固碳混凝土产品，实现了全国首个在施工期内碳中和的绿色示范工程。经过第三方权威机构测算，利用清捕零碳矿化技术所生产的固碳混凝土全生命周期碳足迹较传统产品可减少87%的二氧化碳排放量。”近期，一家将二氧化碳矿化利用制混凝土的CCUS科技企业清捕零碳宣布获得新一轮数千万元融资，企业创始人赵超告诉记者，公司的技术源自浙江大学国家能源清洁利用重点实验室，2020年，企业就与浙江大学合作，共同承担了多个与CCUS技术相关的国家和地方研发项目，并建设了相关二氧化碳矿化利用技术联合研发平台，该平台为中国首个可实现大规模工业生产验证的二氧化碳矿化利用试验基地。

未来，混凝土的生产过程可实现大量固碳

据悉，该企业所研发的二氧化碳捕集-矿化混凝土技术工艺，能够替代混凝土生产中的传统蒸压养护工艺，采用矿化反应器进行二氧化碳和混凝土的矿化反应，由此生产的混凝土建材，强度等指标有所提升，养护时间也比之前降低了一半以上，大大提升生产混凝土的效率。“并且，我们的混凝土原料主要来自钢渣、电石渣、粉煤灰等，通过我们的工艺，可以做到95%以上的二氧化碳充分吸收，不仅高效实现了碳封存，同时也大量消纳了工业固废。目前，在杭州的一个商业地产项目，也在使用我们的固碳混凝土建材降低建筑隐含碳，这也将是国内首次大规模应用固碳混凝土的商业地产。”赵超表示。

 “混凝土是世界上用量最大的建筑材料，我们的愿景是利用矿化技术固定与封存1亿吨二氧化碳，未来将建筑物、道路等变为碳汇资源。”赵超说。 

变甲醇后成为化工原料

除了矿化为无机物，利用二氧化碳生成各类有机物也是减碳方式之一。蒋国强向记者介绍，国内外已有科研单位和企业利用生物方法，将二氧化碳通过藻类直接利用变成油脂。不过也有业内人士表示，这一方法目前最大的难点是难以工业化放大。

蒋国强还表示，目前科学家正通过催化转化，把二氧化碳转变成有机物，”有机物本质是碳氢化合物，原来，碳的来源是从煤炭、石油这类化石资源中来。将来，随着双碳目标的推进，将二氧化碳捕获后重新作为碳源去制造有机物，这是很重要的应用方向。“

目前，工业化尝试中做得比较多的是利用二氧化碳合成甲醇。蒋国强向记者介绍，2020年10月，位于兰州新区的全球首个千吨级二氧化碳合成甲醇示范工程项目投产，该项目主要利用中科院大连物化所李灿院士的技术，由太阳能光伏发电、电解水制氢、二氧化碳加氢合成甲醇三个基本单元构成，总占地约289亩，总投资约1.4 亿元。项目达产后可每年生产甲醇1440吨。

“做成甲醇后，它就跟传统的煤化工路线重合了，后续，甲醇可以进一步做成多中有机物，如燃料、塑料等。”蒋国强告诉记者，除此之外，科学家还在想办法将二氧化碳还原为一氧化碳，利用二氧化碳生产乙醇，从而做成各类大众化学品，“还有一大利用,就是将二氧化碳做成碳酸酯，并合成聚碳酸酯，碳酸酯是非常重要的电子化学品，聚碳酸酯则在汽车、电子等行业有广泛的应用。由二氧化碳和环氧丙烷还可以合成的可降解塑料，应用与食品包装等领域。”

蒋国强介绍，目前由中科院过程工程研究所开发的利用离子液体催化二氧化碳合成碳酸酯的技术，已在广东惠州大亚湾投产，年产量达到10万吨级。

据悉，碳酸酯是锂电池电解液的主要成分，对新能源汽车、储能、电子信息等产业发展具有不可或缺的价值。更为重要的是，碳酸酯作为一类平台化合物，可衍生出系列产品及材料，如可替代光气合成聚碳酸酯、异氰酸酯等，被誉为绿色化学化工的新基石。而大亚湾项目利用工业排放的二氧化碳生产电子级碳酸酯的同时，还联产聚酯级乙二醇。乙二醇是生产聚酯、合成纤维、防冻剂、医药等的基础原料，目前中国需求量2000多万吨，对外依存度高达50%。 

前沿研究将其变成淀粉和蛋白质

“我刚才讲的固碳技术或多或少都已进行了一些工业化尝试，而如今在实验室内，各国科学家也在研究更多固碳技术。”蒋国强告诉记者，目前比较前沿的研究是二氧化碳能不能直接做成粮食，这是中国和美国都非常关注的领域。美国在今年的3月24日提出的生物技术和生物制造的目标，其中就提到了二氧化碳的利用，希望把它做成食品。我国科学家最重要的贡献是，已成功将二氧化碳合成为淀粉。

蒋国强说：“现在，大家还在探索怎么用二氧化碳去合成蛋白质，这些都属于非常前沿的催化转化。实际上，我们吃的东西也都是二氧化碳‘做的’，只不过，之前是植物经过复杂的光合作用才‘做出来’的，而我们努力的方向是，如何在工业上将光合作用加速，很快吸收二氧化碳，做出食物来。这样我们就能把科学路径和商业路径都打通。” 

技术固碳将对碳中和做出重要贡献

王麒向记者介绍，根据国际能源署和国家科技部等机构预测。未来CCUS技术在我国碳中和里要担当的任务是每年处理5亿吨~29亿吨范围，可以说，CCUS将成为碳中和的托底技术，没有这些技术的大规模应用，碳中和无法实现。  

蒋国强则介绍，从整个碳中和路径上看，按照我国和大部分国家的整体构思，达成双碳目标，60%~70%要靠前端减少化石能源利用，依靠可再生能源和材料替代才能实现，剩余的30%~40%需要后端的吸收，这就极大依赖于技术固碳。“目前来看，不可能采用单一的技术完成这项重任。”蒋国强说。

据新华财经报道，截至2022年底，中国共开展约100个CCS/CCUS项目，年二氧化碳捕集能力已超过400万吨，比2021年增长33%。我国CCUS市场需求量大，预计2050年，CCUS技术市场规模超过3300亿元/年。

“目前，市面上的技术可以说百舸争流，大家面对的是一条全新的碳中和赛道，完全是蓝海，最后可能有2到3种技术脱颖而出，成为将为最重要的技术固碳手段。”王麒说。

蒋国强表示，未来，随着化石能源开采的减少，碳中和后，二氧化碳或将变成人类重要的生产资料。

文/广州日报·新花城记者：武威

图/广州日报·新花城记者：武威

视频/广州日报·新花城记者：武威

广州日报·新花城编辑：蔡凌跃