四川省绿色发展促进会
教育部2022年4月印发的《加强碳达峰碳中和高等教育人才培养体系建设工作方案》提出的一项重点任务是加快紧缺人才培养，明确了三个领域属于紧缺人才培养领域，分别是：储能和氢能、碳捕集利用与封存、碳金融和碳交易， 那么为什么要选择这三个领域？这三个领域的人才需求究竟是怎样的？如何培养呢？今天我们先聊聊其中一个领域：碳捕集利用与封存。
应对日益严峻的气候变化是全球各国的共同命题，《巴黎协定》提出长期目标是将全球平均气温较工业化时期上升幅度控制在 2℃以内，并努力将温度上升幅度限制在 1.5℃以内；该目标在 2021 年格拉斯哥大会上得到进一步强化。可稳定发电和调峰的煤电在未来较长一段时间内仍将保有一定装机量，且钢铁、水泥等工业行业面临深度脱碳的压力。因此，在迈向碳中和过程中，以二氧化碳捕集、利用和封存（CCUS）为代表的负碳技术将发挥至关重要的补充作用。
01 什么是CCUS？
CCUS（碳捕集、利用与封存）是指捕集工业生产过程中的二氧化碳，再将其投入新的工业生产中进行循环再利用的过程。
CCUS技术主要包括二氧化碳的捕集、利用与封存三个环节：捕集（C）是指利用碳捕集技术将二氧化碳从工业生产排出的混合气体中提取出来的过程。经过捕获、压缩后的二氧化碳通过管道、罐车、输气船舶等方式运输，最后再将二氧化碳注入地下岩层进行封存（S）。经过处理之后的二氧化碳不但不会危害环境，还可以在地质、化学、生产等方面得到有效的再利用（U），如图所示。
图１ CCUS技术流程
与CCS（碳捕集）技术不同的是，CCUS技术新增了对于二氧化碳的再利用，能够将捕获的二氧化碳转化为具有经济价值的产品，通过资源化的利用产生经济效益，更有利于促进全球实现碳中和的发展进程。
02 CCUS的四个环节
CCUS 的过程可分为四个环节：CO2捕集与压缩（碳捕获）、CO2 运输（碳运输）、CO2 利用（碳利用）和 CO2 封存（碳封存）。
图２ CCUS四个环节示意图
碳捕获：碳捕获是指将 CO2 从工业生产、能源利用和大气中分离出来的过程。在电力行业，传统的碳捕获方式包括燃烧前捕获、燃烧后捕获、富氧燃烧等；在煤化工、钢铁、水泥等行业中二氧化碳的工业分离过程属于燃烧前捕获。其中，燃烧后捕获不涉及对燃料的直接改变，原有系统更改较少，仅需在现有的燃烧装置后增加碳捕集装置，为当前应用最广泛的碳捕获技术。
碳运输：碳运输是指将捕获的 CO2 运送到需要利用或封存的地方的过程。二氧化碳的运输方式包括管道运输、罐车运输、船舶运输等，其中管道适合长距离、大规模运输，但管道建设投资大；公路罐车适合短距离、小规模运输，铁路罐车适合长距离、大规模运输，罐车运输存在蒸发泄漏、运输成本高的缺点；船舶运量大、运距超远、适合近海封存运输，同样有投资成本高的问题。碳运输方式的选择需要具体参考项目区域、项目规模等因素。
碳利用：二氧化碳的资源化利用包括物理利用（灭火剂和碳酸性饮料添加剂、制取干冰等）、化工利用（生产纯碱、小苏打以及各种金属碳酸盐等大宗无机化工产品，加氢合成甲醇、合成乙烯和丙烯等）、生物利用（微藻固碳和 CO2 气肥）、地质利用。其中，地质利用技术包括 CO2 强化石油开采技术、强化天然气开采技术、增强页岩气开采技术等，其中强化石油开采技术已有几十年的应用历史，为当前唯一达到商业化利用水平的地质封存利用技术，该技术可提高原油采收率 7%-15%，延长油井生产寿命 15-20 年，且泄漏的可能性很小。
碳封存：碳封存是指将捕获的 CO2 注入深部地质层，实现与大气的长期隔绝，包括深部不可采煤层封存、深部咸水层封存、枯竭油气藏封存、深海封存、矿化封存等碳捕获是指将 CO2 从工业生产、能源利用和大气中分离出来的过程。在电力行业，传统的碳捕获方式包括燃烧前捕获、燃烧后捕获、富氧燃烧等；在煤化工、钢铁、水泥等行业中二氧化碳的工业分离过程属于燃烧前捕获。其中，燃烧后捕获不涉及对燃料的直接改变，原有系统更改较少，仅需在现有的燃烧装置后增加碳捕集装置，为当前应用最广泛的碳捕获技术。
03 CCUS的三种技术比较
根据减排效应的不同，可将 CCUS 分为减排技术——传统 CCUS 技术以及负碳技术——生物质能碳捕集与封存（Bioenergy with Carbon Capture and Storage，以下简称 BECCS）和直接空气碳捕集与封存（Direct Air Carbon Capture and Storage，以下简称 DACCS）。
其中，尽管传统 CCUS技术可以减少化石燃料燃烧等过程中的 CO2 的排放，但从全生命周期的角度来看，排放量依旧是大于零的，而后者——负碳技术则指完全从大气中去除二氧化碳的过程，从全生命周期的角度来看排放量为负，因此它对于碳中和（净零排放）具有重要意义。
具体来说，BECCS指二氧化碳经由植被（生物质的一种）的光合作用从大气中提取出来后，通过燃烧生物质进行发电并从燃烧产物中对其进行回收，最后将其封存于地下，简单来说 BECCS 即配备 CCUS技术的生物质发电站，通过改变二氧化碳来源（碳源）的能源类型使得发电厂不仅不会排放CO2 还会从空气中吸收 CO2 封存于地下。
图3 BECCS 示意图
而 DACCS 则指直接从空气中捕获二氧化碳并封存，由于其碳源最为普遍，因此相比传统 CCUS 和 BECCS，DACCS 工厂位置的设置更为灵活。
图4 ＤECCS 示意图
传统CCUS和BECCS与DACCS的技术比较如下图所示。
图5 传统CCUS和BECCS与DACCS的技术比较
04 CCUS的发展现状
技术现状：CCUS全链各环节发展现状
图6 CCUS全链各环节发展现状
全球项目：全球项目总计 135 个，捕集能力 1.5 亿吨 CO2
截至 2021 年 9 月份，全球商业化运行的 CCS 项目数量 135 个，其中运营中 27个、暂停运营 2 个、在建中 106 个；北美 78 个、欧洲 38 个、中国 6 个。项目总数较2020 年底的 65 个（26 个运营中+2 个暂停运营+37 个在建项目）实现翻倍增长；可实现约 1.49 亿吨二氧化碳捕集和封存，较 2017 年的捕集能力年化增速接近 30%。
我国项目：中国已投运或建设中的 CCUS 示范项目约达49个，捕集能力296 万吨/年
根据科学技术部向全国征集 CCUS 示范项目的统计结果，目前我国已投运和建设中的CCUS 示范项目数量达到 49 个（运营中 38 个+在建 11 个）。其中，已投运项目合计注入封存 CO2 超过 200 万吨，形成 CO2的捕集能力 296 万吨。
潜力评估：2060 年 CCUS 减排量达 10-18 亿吨
预计 2030 年我国碳达峰时全国碳排放总量约 104.6 亿吨。《中国二氧化碳捕集利用与封存（CCUS）年度报告（2021）》对国内外的研究成果进行了汇总分析，测算碳中和目标下中国 CCUS 的减排需求为：2030 年 0.2-4.1 亿吨，2050 年 6.0-14.5 亿吨，2060年 10.0-18.2 亿吨。
图7 2025-2060年各行业CCUS减排需求潜力（亿吨/年）
05 CCUS人才需求
中国已具备大规模捕集利用与封存 CO2 的工程能力，正在积极筹备全流程CCUS 产业集群，这个过程中必然产生大量人才需求。
图8 中国CCUS项目分布
国家能源集团鄂尔多斯 CCS 示范项目已成功开展了 10 万吨/年规模的 CCS 全流程示范。中石油吉林油田 EOR 项目是全球正在运行的 21 个大型 CCUS 项目中唯一一个中国项目，也是亚洲最大的 EOR 项目，累计已注入CO2 超过 200 万吨。国家能源集团国华锦界电厂 15 万吨/年燃烧后 CO2 捕集与封存全流程示范项目已于 2019 年开始建设，建成后将成为中国最大的燃煤电厂CCUS 示范项目。2021 年 7 月，中石化正式启动建设我国首个百万吨级 CCUS项目（齐鲁石化-胜利油田 CCUS 项目）。此外， 中国的 CCUS 各技术环节均取得了显著进展，部分技术已经具备商业化应用潜力。
碳中和背景下， CCUS 将成为我国实现碳中和目标不可或缺的关键性技术之一，发展空间广阔，人才需求紧迫。那么，各大高校如何开展CCUS专业建设？企业、行业组织如何开展CCUS专业人才培养呢？
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