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。而项目本身成本不低：投资2.57亿元，每年需250万元维护费，每封存1吨二氧化碳需花费500元~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。

　　现在和将来，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。

　　文、图/广州日报全媒体记者 武威（除署名外）

　　二氧化碳捕集后 

　　可大规模用于油田驱油

　　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，人类主要采用的碳捕集方法是溶剂吸收法，该方法早在一百年前生产化肥时就已出现；如今人们则通过溶剂和过程优化来适应碳捕集的新要求。

　　二氧化碳捕集后，最早的大规模利用方式是油田驱油。蒋国强介绍，在美国休斯顿附近建设有目前世界最大的碳捕集与封存项目，每年发电厂可捕获、封存及利用140万吨二氧化碳，这些二氧化碳主要用于给油田驱动采油；而我国同样掌握了这项技术，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。

　　业内人士介绍，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地缝里，最初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工具，同时也起到封存它的效果。“虽然封存的量较可观，但这种方法缺点也比较明显，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，始终存在一定的泄漏风险。”

　　二氧化碳“变”碳酸钙

　　“以废治废”可广泛用于工业领域

　　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，市场需求大，现在主要靠开采石灰石来满足，但开采本身会对环境造成影响；而利用二氧化碳的矿化路线生产碳酸钙，一方面能固碳，另一方面也减少开采对环境的破坏。”

　　去年底，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，可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。该技术工艺及设备的提供方原初科技（北京）有限公司首席技术官王麒告诉记者：“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，该技术的最大特点是二氧化碳不需要提高纯度，在我们的反应器里，从5%到100%间任何浓度的二氧化碳都可以直接反应，吸收转化率大于90%，且只需2分钟就可实现。该技术在不消耗任何酸碱的情况下实现二氧化碳的高效矿化，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。”王麒介绍，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，已处于设计阶段。

　　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。“我们的做法就是‘以废治废、变废为宝’，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，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。”

　　二氧化碳“变”混凝土

　　盖楼、修路养护更省心

　　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用二氧化碳代替蒸汽完成养护过程，同时实现高效固碳，该技术在我国也已开启商业化应用。

　　近期，一家将二氧化碳矿化利用制混凝土的CCUS科技企业宣布获得新一轮数千万元融资，该企业创始人赵超介绍，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。“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。”

　　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，强度等指标均有所提升，养护时间也比之前降低了一半以上，大大提升生产效率。“我们的混凝土原料主要来自钢渣、电石渣、粉煤灰等，通过技术工艺可以做到95%以上的二氧化碳充分吸收，不仅高效实现了碳封存，也大量消纳了工业固废。”赵超表示，他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。

　　二氧化碳“变”有机物

　　合成甲醇、乙醇、碳酸酯等应用广

　　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。以往，碳的来源是从煤炭、石油这类化石资源中来；将来，随着‘双碳’目标推进，将二氧化碳捕集后重新作为碳源去制造有机物是重要的应用方向。”

　　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，项目达产后可每年生产甲醇1440吨。“后续甲醇可以进一步做成多种有机物，如燃料、塑料等。”

　　蒋国强告诉记者，科学家还在想办法将二氧化碳还原为一氧化碳，利用二氧化碳生产出乙醇，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，碳酸酯是重要的电子化学品，聚碳酸酯则在汽车、电子等行业有广泛应用。”

　　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。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。该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。

　　技术固碳市场广阔 

　　前沿探索将二氧化碳“变”粮食

　　王麒介绍，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；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，而剩余的30%~40%需要后端的吸收，这就依赖于技术固碳。

　　据媒体报道，截至2022年底，我国共开展约100个CCS/CCUS项目，年二氧化碳捕集能力已超过400万吨，预计到2050年，CCUS技术市场规模将超过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，最后可能有2到3种技术脱颖而出，成为将来最重要的技术固碳手段。”王麒说。

　　“现有的固碳技术或多或少都进行了一些工业化尝试，而在实验室内，各国科学家如今也在研究更多固碳技术。”蒋国强介绍，目前比较前沿的研究是二氧化碳能否直接做成粮食，像美国在今年的3月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；而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。

　　蒋国强表示：“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，而我们努力的方向是，如何在工业上将光合作用加速，利用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。”