CO2利用技术概述.docx

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1、二氧化碳利用技术概述1.1 二氧化碳利用技术及其分类二氧化碳捕集与封存(CarbonCaptureandStorage,CCS)是指将二氧化碳从工业或能源生产相关气源中分离出来，输送到适宜的封存场地并封存，使二氧化碳与大气长期隔离的技术集合。CCS技术被认为是减缓大气温室气体浓度变化的行动组合中的一种选择方案(IPCC,2005)o当前，CCS技术总体上仍处在研发和示范阶段，仍存在许多制约其发展的突出问题，包括能耗和成本过高、长期封存的安全性和可靠性有待验证等(科技部社会发展科技司、中国21世纪议程管理中心，2011)o二氧化碳利用技术由于在减排二氧化碳的同时能够实现附带经济效益，在当前阶段有

2、较多的早期实施机会，受到越来越广泛的关注。1.1.1 二氧化碳利用技术的定义二氧化碳利用技术是指利用二氧化碳的物理、化学或生物等作用，生产具有商业价值的产品，且与其他生产相同产品或者具有相同功效的工艺相比，可实现二氧化碳减排效果的工农业利用技术。二氧化碳利用技术首先必须是用于工农业的生产，而不是纯粹的自然过程，还应同时具有以下三方面的属性：(1)二氧化碳直接参与。二氧化碳直接参与了某种工业过程，这使二氧化碳利用技术区别于那些没有二氧化碳参与但也能够实现减排的技术，如节能增效、太阳能、风能、核电等。(2)具有附带经济效益。只有能够产生具有商业价值产品的技术才是二氧化碳利用技术，这使得二氧化碳利用

3、技术区别于咸水层封存、枯竭油气田封存等技术。(3)具有净减排效果。即使有二氧化碳参与，但不能实现净减排的技术也不属于二氧化碳利用技术，如二氧化碳用于保护焊、食品的干冰保鲜等。1.1.2 二氧化碳利用技术分类基于上述定义，本报告的范畴不包括捕集和输送技术，只针对具有一定研究基础的二氧化碳利用技术。根据学科领域（原理）的不同，二氧化碳利用技术可以分为地质利用、化工利用和生物利用三大类（表1.1）。二氧化碳利用技术应用领域广泛，涵盖能源增采与合成、资源增采、化学品合成、消费品生产等众多领域，涉及众多技术和产品目标。表1.1C02利用技术按学科领域（原理）分类学科分类应用领域技术/产品目标地质利用能源

4、CO2强化采油（CO2EOR）CO2驱替煤层气（CO2-ECBM）CO2增强产气（CO2-EGR）CO2增强页岩气开采（CCh-ESGR）CO2增强地热系统（CO2-EGS）资源CO2铀矿浸出增采（CO2-EUL）CO2强化深部咸水（CO2-EWR）材料CO2合成可降解聚合物材料（CO2-CTP）CO2间接非光气合成异氟酸酯/聚氨酯（CO2-CTU）CO2间接制备聚碳酸酯/聚酯材料（CCh-CTPC）CO2间接制备乙烯基聚酯（CO2-CTPET）CO2-间接制备聚丁二酸乙二醇酯（CCh-CTPES）化工利用能源CO2与甲烷重整制备合成气（CCh-CDR）CO2经一氧化碳制备液体燃料（CCh-C

5、TL）有机化学品CO2直接加氢合成甲醇（CCh-CTM）CO2合成碳酸二甲酯（CCh-CTD）CO2合成甲酸技术（CO2-CTF）无机化学品钢渣直接矿化利用CO2（CO2-SCU）钢渣间接矿化利用CO2（CO2-ISCU）磷石膏矿化利用C2（CO2-PCU）钾长石加工联合C02矿化（CO2-PCM）能源微藻固定CO2转化为生物燃料和化学品（CO2-AB）生物利用消费品微藻固定C02转化为生物肥料（CO2-AF）微藻固定CO2转化为食品和饲料添加剂（CO2-AS）CO2气肥利用（CO2-GF）1.2 国际二氧化碳利用技术进展近几十年以来，受到全球气候变化、温室气体排放、环境等诸多压力影响，国际社

6、会越来越关注与CO2减排相关的各类CO2利用技术的研发和应用推广，如CO2强化采油技术、CO2与甲烷重整制备合成气技术、生物固碳技术等。为此,各国际组织、发达国家及科学界、产业界都纷纷开展CO2利用相关的规划、部署、研发、示范及工业化等活动。1.2.1 国际组织积极推动CO2利用技术的发展一些相关国际组织和国际能源机构陆续发布与二氧化碳利用技术相关的报告，有的组织还制定行动计划，还建立专门工作组来推进其发展应用。2005年,政府间气候变化专门委员会(IntergovernmentalPanelonClimateChange,IPCC)出版了二氧化碳捕集与封存技术特别报告，推动了二氧化碳利用技术

7、在全球范围的关注。此后，其他国际组织也相继关注到包括二氧化碳利用技术在内的二氧化碳捕集、利用与封存(CarbonCapture,UtilizationandStorage,CCUS)技术的发展。2009年，主要经济体论坛(MainEconomicForum,MEF)发布了其CCUS行动计划，以加快CCUS的部署和发展，同时清洁能源部长级会议(CleanEnergyMinisterial,CEM)也成立了CCUS行动组，希望通过强大的政治动力，使CCUS的发展部署能够达到全球温室气体的减排目标。特别值得一提的是，碳封存领导人论坛(CarbonSequestrationLeadershipForu

8、m,CSLF)于2011年在北京召开第五次部长级会议上，对CSLF宪章碳捕集与封存技术计划进行了修订，特别增加了对二氧化碳利用技术的关注，提出要加快相关技术的研发、示范与商业部署，推动在国际上的广泛利用(CSLF,2011)o1.2.2 科学界持续开展CO2利用技术研发活动自20世纪90年代以来，科技界在二氧化碳利用技术领域的研发活动愈加活跃，其科研产出和国际学术交流平台不断增多。有关二氧化碳利用技术的专门性会议设立起来，如创办于1992年的国际二氧化碳利用会议。一些二氧化碳捕集与封存相关的大型国际会议将利用技术作为其重要分会，如创办于1997年的国际温室气体控制会议(GHGT),积极开展相关

9、学术交流。从二氧化碳利用技术的论文分析来看，近20年内，研究产出呈明显增长趋势(图1.1)。从研究的分类来看，基础研究的学术产出一般多于工程应用领域,但在近两年，工程应用领域的研究产出增长得更加快速，表明二氧化碳利用技术的工程应用活动在增多。19931994199519961997199819992000200120022003200420052006200720082009201020112012年份EI收录论文年增长率SCI收录论文一日收录论文*3CI收录论文年增长率检索日期：2013年6月18日注：1、文献检索范围仅限于本报告技术评估范畴；2、由于数据入库的时滞性，2012年数据可能少于

10、实际数据。图1.11993年2012年全球CO2利用技术领域SCI和EI论文产出情况1.2.3 发达国家日益重视CO2利用技术的规划与应用美国、英国、澳大利亚、加拿大等发达国家已相继出台了有关二氧化碳捕集与封存技术的发展路线图或规划等，近年来，在这些路线图或规划中逐渐突出了二氧化碳利用技术的发展和应用，如美国将CCS路线图改为CCUS路线图、并与加拿大及墨西哥一起编制了CCUS的地理图集。这些发达国家还持续推进CO2利用技术的研发和商业化进程。美国宣布投资1.06亿美元发展包括矿化、微藻捕集生产生物燃料以及生产聚碳酸酯等CO2利用工艺；澳大利亚MDB能源公司获得500万澳元的资助，同时企业投入

11、500万澳元的资金在三座澳大利亚发电厂采用生物碳捕集和封存工艺；此外，澳大利亚政府投资300万澳元建立一座CO2捕集和矿化中试装置，进而生产建筑材料、砖块、铺路材料、水泥和农业添加剂等(PeterStyring,etal.2011)。另外，一些跨国公司，如英国BP公司、德国西门子、法国阿尔斯通等，也非常关注二氧化碳捕集与利用技术市场。1.2.4 产业界十分注重成熟C2利用技术的商业化应用C02利用技术种类较多，各种技术的特点和发展阶段有所不同。有的CO2利用技术还处在研发和示范阶段，需要突破关键的技术瓶颈；有的CO2利用技术较为成熟，已经得到相当规模的商业化应用。如二氧化碳增采石油技术（Enh

12、ancedOilRecovery,EOR）在美国100多家油田中得到广泛应用,2012年仅该项技术就利用二氧化碳达6200万吨（Koottungal,2012；Kuuskraa,2012）,石油增产占比平均5.6%。美国宣布投资1.06亿美元发展包括矿化、微藻捕集生产生物燃料以及生产聚碳酸酯等二氧化碳利用工艺；澳大利亚MDB能源公司获得500万澳元的资助，同时企业投入500万澳元在三座澳大利亚发电厂采用生物碳捕集和封存工艺；此外，澳大利亚政府投资300万澳元建立一座二氧化碳捕集和矿化中试装置，进而生产建筑材料、砖块、铺路材料、水泥和农业添加剂等（PeterStyringetal,2011）0在

13、二氧化碳加氢合成甲醇技术应用上也进展明显，日本三井化学公司、美国商业溶剂公司、新能源产业技术综合开发机构（NEDO）、韩国科学技术院以及丹麦Topsoe公司等已建成不同生产规模的中试装置；在微藻固碳与生物能源技术方面，其在航空领域的优势得到国际航空业的普遍认可，并预估微藻生物能源终将成为世界航空领域重要的能源供应体系。1.3 中国二氧化碳利用技术的发展现状1.3.1 中国政府持续推进CO2利用技术的规划部署针对承担CO2减排的国际责任和发展国家战略性产业的双重任务，中国非常重视CO2利用技术的战略规划和落实。2006年以来，国家发展和改革委员会、科学技术部、财政部、外交部、工业信息部、国土资源

14、部等多达16个国家部委先后参与制定并发布了10多项国家政策和发展规划，如国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020年）、中国应对气候变化科技专项行动、工业领域应对气候变化行动方案2012-2020等（见表1.2）。这些发展规划不仅涉及到国家战略层面，还进一步向CO2利用技术的具体化、可操作、可执行、可示范、可推广的趋势深度发展，这为CO2利用技术的应用发展指明了前进方向。表1.2中国CO2利用技术相关政策规划列表发布单位发布时间名称国务院2006.02国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020年）科技部、国家发改委、外交部、教育部等14个部委2007.06中国应对气候变化科

15、技专项行动国务院2010.10国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定科技部2011.07国家“十二五”科学和技术发展规划国土资源部2011.08国土资源“十二五”科学和技术发展规划科技部社会发展科技司,中国21世纪议程中心2011.09中国碳捕集、利用与封存（CCUS）技术发展路线图研究国务院2012.01科技部、外交部、发改委、教育部、工信部等16部委2012.05工信部、发改委、科技部、财政部等4部委联合发布2013.01科技部2013.02“十二五”控制温室气体排放工作方案中国“十二五”应对气候变化科技发展专项规划工业领域应对气候变化行动方案“十二五”国家碳捕集与封存科技发展专项规划国家发展和改革委员会国务院国家发展和改革委员会2013.02战略性新兴产业重点产品和服务指导目录2013.03国家重大科技基础设施建设中长期规划（