美国在CCUS领域处于全球领先地位,这主要得益于美国在财政和税收方面 对CCUS技术研发和应用的大力支持。
二氧化碳(CO2)捕集利用与封存(CCUS)是指将CO2从工业过程、能源利 用或大气中分离出来,直接加以利用或注入地层以实现CO2永久减排的过程[2]。 CCUS是在二氧化碳捕集与封存(Carbon Capture and Storage,CCS)的基础上 增加了“利用”(Utilization,U),CCUS按技术流程主要分为捕集、输送、利 用与封存环节。

——CO2捕集技术是指将CO2从工业生产、能源利用或大气中分离出来并捕 集的过程,是CCUS技术系统中的关键环节,同时也是耗能和成本较大的部分。 碳捕集方式主要包括燃烧前捕集、燃烧中捕集和燃烧后捕集[3][4]。其中,燃烧后 捕集的常用方法有化学吸收法、物理吸附法、吸附分离法(变温吸附法和变压吸 附法)、膜分离法、钙循环法和低温蒸馏法等[5]。
——CO2运输是指将捕集或纯化后的CO2通过公路/铁路、船舶、管道等方式 运输到可利用或封存场地等指定地点的过程,是CCUS技术系统的中间环节。鉴 于不同运输方式的优缺点,CCUS项目的运输需要从运输容量、运输距离、运输 成本、市场因素以及运输沿线交通布局等方面综合考虑。 ——CO2利用是指通过工程技术手段将捕集的CO2实现资源化利用的过程, 利用方式主要包括: (1)物理利用,主要应用于食品、制冷、发泡材料、焊接等行业。例如, 在食品行业中,CO2被用作碳酸饮料、啤酒的添加剂,以及在食品冷链运输过程 中作为制冷剂(干冰);在发泡材料领域,CO2被用作发泡剂以生产挤塑板保温 材料;在金属加工领域,CO2被用作惰性气体用于焊接。其特点是利用后的CO2 最终仍会排放到大气中。
(2)化工利用,是指以CO2为原料,与其他物质发生化学反应,产出附加 值较高的化工产品。目前CO2作为化工原料被广泛应用于多种生产过程中。如通 过加氢合成甲烷、醇类(如甲醇、乙醇等)、醚类(如二甲醚)、有机酸(如甲 酸)及低碳烷烃等工业合成气。此外,CO2还用于生产纯碱、小苏打、白炭黑、 硼砂及各种金属碳酸盐等大宗无机化工产品。然而,部分化工产品在之后的应用 过程中,仍可能因化学反应再次释放CO2。 (3)矿化利用,是指利用富含钙、镁的大宗固体废弃物(如炼钢废渣、水 泥窑灰、粉煤灰、磷石膏等)将CO2化学吸收转化成稳定的无机碳酸盐的过程, 在实现CO2减排的同时得到具有一定价值的无机建筑材料产品,以提高CO2和固 体废弃物资源化利用的经济性。
(4)生物利用,主要是指生物固碳,利用生态系统中植物的光合作用吸收 CO2。目前研究主要集中在微藻固碳和农作物CO2气肥使用上。目前微藻固碳技 术主要通过微藻将CO2固定后转化为液体燃料、化学品、生物肥料、食品和饲料 添加剂等,通过微藻的固碳实现人工碳循环。农作物CO2气肥技术是将来自能源 和工业生产过程中捕集的CO2调节到一定浓度注入温室,来提升作物光合作用速 率,以提高作物产量。 (5)地质利用,主要是用CO2来驱油/气(石油/煤层气、天然气、页岩气 等)。CO2驱油/气是一种把CO2注入油层(或煤层)中以提高油气采收率的技 术,其主要目的是最大限度地提高油气采收率,而不是储存CO2,虽然在实现驱 油/气后有一部分CO2被永久储存在以前含有碳氢化合物的孔隙空间中,但是CO2 封存量少、封存时间短,且可能会从钻井中泄漏出来。因此,CO2驱油/气只能看 作是部分消纳CO2的过程。
——CO2封存,是通过一定技术手段将捕集的CO2注入深部地质储层,使其 与大气长期或永久隔绝,从而实现碳减排的过程,封存方式主要包括地质封存和 海洋封存: (1)地质封存是将捕捉到的CO2压缩(不小于CO2的临界压力74bar,通 常为100 bar或更高,以提供适当的安全裕度并考虑管道中的压降)储存在至少 800m深度的地质构造当中(目前主要有咸水层、油气层、煤层和页岩气层四 种),实现与大气长期或永久隔绝。目前主要采用油气层封存方式。 (2)海洋封存主要有两种封存方式:“溶解型”海洋封存和“湖泊型”海 洋封存。“溶解型”海洋封存是将CO2通过固定管道或移动船只注入海洋深层 (水深1000米以下较为常见)并使其溶解到水体中;“湖泊型”海洋封存是将 CO2通过固定管道或者安装在海床深度3000米以下的沿海平台注入海底,使其沉 降。初始状态下,CO2以液体形式沉积在海床上,由于其密度高于水,因此会形 成一个“湖”,从而延缓CO2向周围环境的分解和扩散。
联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)历次评估报告中对CCUS技术定 位演变大致可以分为三个阶段,从最初的“可行方案”到“关键技 术”,再到如今的“不可或缺”,逐步明确了CCUS技术在各领域实现碳中和目 标进程中的关键性和重要性。

随着CCS技术的发展以及认识的不断深化,我国于2006年在北京香山会议 首次提出CO2捕获、利用与封存技术(CCUS),引入了CO2资源化利用技术。在 双碳目标的驱动下,随着新的应用场景不断涌现和深度减排需求的增加,CCUS 技术的内涵和外延得到了丰富与拓展,我国对CCUS技术的定位也在不断被重新 审视和调整,已经从碳减排储备技术变成了碳中和关键碳减排技术。
3.1 国际政策
为推动CCUS技术研发和项目建设,美国、欧盟、加拿大在产业发展、技术 研发、标准规范以及资金税收等方面建立了“四位一体”的CCUS支持政策体系 ,有效促进了CCUS技术的研发创新和建设应用。其中,税收抵免、 直接资金支持以及碳税等资金支持政策在CCUS项目的前期建设中发挥了重要 作用。
(1)美国 美国在CCUS领域处于全球领先地位,这主要得益于美国在财政和税收方面 对CCUS技术研发和应用的大力支持。自 2008年起,美国通过《国内税收法》第 45Q条款为二氧化碳封存提供税收抵免(45Q税收抵免)。2018年,美国政府加 大了对CCUS项目的支持力度,实施了更高的45Q税收抵免,对实施CO2驱油的 项目提供每吨35美元的税收抵免,对咸水层封存的项目提供每吨50美元的税收 抵免。2022年8月,美国颁布了《通货膨胀削减法案》(IRA),进一步增强了 45Q条款的税收抵免政策:将工业用途CCS的税收抵免从每吨35美元提高到每吨 60美元,将用于地质存储CCS的税收抵免从每吨50美元提高到每吨85美元;并为 直接空气捕捉(DAC)项目提供高额补贴,将直接从大气中捕获并封存的CCS的 税收抵免从每吨50美元提高到每吨180美元。45Q税收抵免政策加速了CCUS项目 的部署。
(2)欧盟 欧盟在CCUS制度化和规范化方面走在全球前列。2009年欧盟制定了“二氧 化碳捕捉和储存指令”(2009/31/EC),是世界第一部关于CCS的法律,对CO2 的运输、封存场地选址、勘探和封存许可证发放、CO2监测以及信息公开等方 面的要求作出了明确规定。欧盟的碳排放交易体系(EU-ETS)是全球首个区域 性、强制性的碳排放交易体系。在第三阶段(2013-2020)期间,欧盟将捕获、管道输送和CO2的地质储存项目纳入了该体系,并将其作为联合履行机制(JI) 项目的减排量(ERU)来处理。欧盟还通过多项研发资助计划来支持CCUS的研 发和部署:一方面,通过“创新基金”为CCUS项目提供资金支持。2022年11 月,欧盟委员会将“创新基金”规模提升至30亿欧元。另一方面,通过科研资 助计划“地平线欧洲”推进CCUS技术的发展,该计划在2021年和2022年分别为 CCUS技术研发提供了3200万欧元和5800万欧元的资金支持。
(3)加拿大 为了鼓励私人投资CCUS项目,加拿大通过碳排放定价、投资税收抵免以及 要求降低燃料排放强度的清洁燃料法规(CFR)等措施大力推动CCUS的发展。 2020年11月,加拿大政府宣布了一项为期10年、总额约1.5亿美元的低碳和零排 放燃料基金,用于支持CCUS等清洁能源技术的发展。此外,加拿大政府还宣 布,到2030年CO2捕集项目设备成本最高可获得50%的税收抵免。2021年,加拿 大最高法院通过了《2018年温室气体污染定价法》,将碳税从2021年的每吨40 加元提高到2030年的每吨170加元,高昂的碳税和严苛的环保政策驱动企业(尤 其是油气企业)积极发展CCUS项目。在碳市场方面,加拿大阿尔伯塔碳市场也 是国际上纳入CCUS项目最多的碳市场,CCUS项目可通过阿尔伯塔排放抵消体系 (AEOS)进行认证,签发核证减排量,在阿尔伯塔碳市场进行碳排放抵消。
3.2 我国政策
在我国“双碳”目标提出后,各部委和地方围绕碳达峰碳中和目标,陆续 出台了一系列政策,构建了“1+N”政策体系,从科技研发、示范应用、财政补 贴、绿色金融、标准规范等多方面对CCUS技术进行系统性支持(见附表)。虽 然全国范围内尚未有税收减免政策,但一些省市率先推出了补贴措施。例如,深 圳市对CCUS示范项目可提供最高达1000万元的资助,投产后每吨二氧化碳补贴 20元。中国人民银行创设了“碳减排支持工具”,商业银行可以从人民银行获批 资金,为符合条件的CCUS示范项目提供绿色金融支持,如中石化齐鲁石化-胜利 油田百万吨CCUS项目获得了中国建设银行的绿色贷款服务。
目前,我国相关政策大多集中在CCUS相关技术的研发、试点应用以及加快 标准研制方面,在支持CCUS项目基础设施建设方面相对薄弱。这主要是因为我 国CCUS产业仍处于起步阶段,与发达国家相比,技术发展时间较短,整体技术 水平相对较低。