二氧化碳，我們并不陌生。自然界產生、人體呼出、工業排放……它在我們生活中無處不在，無色無味，看不見也摸不著，卻是導致全球氣候變暖的“元兇”之一。

節能降碳，不只靠種樹，也要靠技術。作為世界上最大的能源生產國和消費國，我國不斷通過科技創新，積極穩妥推進碳達峰、碳中和，加快發展方式綠色轉型。除了大力發展新能源從源頭上實現零碳替代，以及推動煤炭清潔高效利用實現過程中減污降碳之外，終端捕碳固碳技術也成為重要的探究方向。

據介紹，簡稱為CCUS的碳捕集利用與封存技術，就是將能源行業、工業過程中產生的二氧化碳捕集下來，送到合適的地點加以利用或者地質封存，從而避免或延緩二氧化碳進入大氣。這一技術被視為減碳的托底技術，大家形象地稱之為“碳捕快”。

那么，“碳捕快”如何捕捉二氧化碳？捕捉之后的二氧化碳又去了哪里、如何被再次利用？近日，記者走進依托中國華能集團建設的高效靈活煤電及碳捕集利用封存全國重點實驗室，一線探訪這個“捕碳高手”的真面目。

一瓶小小的溶液是“捕捉”二氧化碳的關鍵

不斷地“試”只為追求更高效、更低能耗、更低成本、更高穩定性

從北京城區出發，沿京承高速一路向北，行至昌平，北六環以南，即是未來科學城。未來科學城東區，被稱為“能源谷”，中國華能集團清潔能源技術研究院便坐落于此。

走在華能清能院園區內，只覺環境清幽、流水潺潺，幾個風機模型隨風轉動。記者跟隨華能清能院CCUS團隊成員、溫室氣體減排與清潔燃料技術部副總工荊鐵亞博士，來到位于實驗樓二層的溫室氣體減排實驗室，這里是高效靈活煤電及碳捕集利用封存全國重點實驗室的重要組成部分，二氧化碳捕集利用與封存有關關鍵技術創新與發展的重要平臺。

調整壓力值、設定溫度參數……走進實驗室，記者看到CCUS團隊成員李野正在一個一人多高、兩米多長的裝置前進行實驗操作。

“這就是二氧化碳捕集實驗裝置。”李野告訴記者。該實驗裝置是這樣工作的：模擬火電廠、化工廠、水泥廠或者鋼鐵廠等“排放大戶”排出的、經過預處理的煙氣，經過兩個又細又高的塔狀設備處理，便可實現二氧化碳的捕集和再生，二氧化碳的捕集率可超過90%。“煙氣經過第一個塔時，二氧化碳會被吸收劑吸收；經過第二個塔時，在高溫狀態下，實現吸收劑與二氧化碳的分離再生。”

別看這個裝置不大，卻產出了不少重量級科技成果。借助它，既可以驗證二氧化碳吸收劑的捕集性能，也可以驗證二氧化碳捕集工藝的效率、能耗以及設備的可靠性等。

郜時旺，高效靈活煤電及碳捕集利用封存全國重點實驗室副主任、華能清能院副總工程師，也是全國勞動模范、全國優秀共產黨員、黨的二十大代表，國內CCUS領域領軍人物。

據他介紹，CCUS可分為捕集、輸送、利用與封存幾個環節。其中，碳捕集是全鏈條的核心環節，也是成本最高的一個環節。

“成本主要就高在吸收劑上。”郜時旺拿起一瓶小小的溶液告訴記者，二氧化碳捕集可分為化學吸收法、物理吸附法、膜分離法等，其中化學吸收法被認為是最適用于大規模工業化應用的。對于化學吸收法而言，這一瓶小小的溶液正是有效“捕捉”二氧化碳的關鍵。

記者看到，在實驗柜中擺放著多瓶不同顏色的溶液，有的是透明色，有的是棕黃色，有的上下融為一體，有的則如同油水般分為上下兩層。這些可都是實驗室的“寶貝”。

據介紹，上下融為一體的是復配型吸收劑，這主要是從碳捕集材料的組分來講，指的是多種碳捕集有效化學組分的組合。如同油水般可分為上下兩層的則是相變型吸收劑，這主要是從碳捕集材料吸收二氧化碳后的變化來講，碳捕集材料吸收二氧化碳后自動分為富相（含二氧化碳較多）和貧相（含二氧化碳較少）兩層，后續再生時只需要對富含二氧化碳的富相部分進行加熱處理，這樣可以大幅降低二氧化碳捕集的總體能耗和成本。

“我們的‘理想型’，要更高效，即捕集容量高、捕集速率快、解吸速率也快，同時要更低能耗、更低成本，還要具有更高的穩定性。”郜時旺告訴記者，為了這個目標，他和團隊成員始終步履不停，目前已研發出8種不同的二氧化碳吸收劑，每一種都來之不易。“溶液的配方十分復雜，千變萬化，如何找到那個最優配方，就是要不斷地‘試’，一直試到那個能平衡所有參數和時序的配方出現為止。”

華能清能院CCUS團隊成員、溫室氣體減排與清潔燃料技術部一級業務經理王煥君博士對此感觸頗深：“僅新一代相變型吸收劑的研發，我們前后就經歷了近10年時間，其間進行的試驗不計其數。”

就是這樣，該團隊研發的二氧化碳吸收劑不斷迭代升級，捕集性能在國際范圍內處于領先地位。

“我們首創的高效低能耗復配型二氧化碳吸收劑、新一代相變型二氧化碳吸收劑，不僅吸收劑損耗實現了大幅下降，而且使碳捕集成本也下降了25%至50%。”郜時旺說。

目前，新一代相變型二氧化碳吸收劑已在華能長春熱電廠、華能上海石洞口電廠的二氧化碳捕集示范裝置投用。

可樂啤酒、農場氣肥、油氣開采……

被捕獲的二氧化碳這樣“變廢為寶”

被捕集的二氧化碳去了哪兒、怎么用？食品飲料、農場氣肥、油氣開采……可謂是用處多多。

據介紹，經分離、純化后，那些二氧化碳或是“變身”為食品制作原料，或是經加工后成為化工燃料，或是用于金屬加工焊接保護、激光等工業應用，抑或是直接注入到油氣層助力提高石油采收率、注入到咸水層等空間內實現地質封存。

“二氧化碳捕集的成本很高，如果只有投入，沒有產出，很難進行商業化推廣。所以我們希望捕集的二氧化碳能通過有效利用帶來一定的收益，盡可能補償碳捕集的成本，以此推動規模化碳捕集技術的示范應用和技術進步。”郜時旺告訴記者。

“像咱們日常喝的可樂、啤酒等都可以用捕集來的二氧化碳進行制作。”華能清能院CCUS團隊成員、二氧化碳利用學科帶頭人王琪博士介紹，碳利用是指二氧化碳實現資源化利用的過程，主要包括食品利用、化工利用、地質利用等。

記者了解到，在食品利用方面，郜時旺與團隊成員2008年在華能北京熱電廠建設我國第一套燃煤電廠二氧化碳捕集裝置，并生產出了食品級的二氧化碳，填補了國內空白。

“食品級二氧化碳的要求是純度很高。”王琪告訴記者，根據國家有關標準，食品級二氧化碳的純度需大于99.9%。通過捕集可以將二氧化碳濃度提高到99.5%，如果想要得到食品級二氧化碳，還需要經過精制處理。

然而，現實生活中，對食品級二氧化碳的需求量并不高。

據介紹，2009年，在華能上海石洞口電廠建成投產的12萬噸/年的二氧化碳捕集示范工程，是當時世界最大的燃煤電廠二氧化碳捕集示范項目。雖然捕集利用量只占電廠一臺發電機組二氧化碳排放量的5%左右，但已基本上能夠滿足上海市食品行業對二氧化碳的需求。

目前，對捕集來的二氧化碳最主要的利用方式是化工利用和地質利用。化工利用是將二氧化碳轉化為燃料和原料，包括甲醇、汽油、塑料等產品的生產，而地質利用主要用于驅油開采。

與食品級二氧化碳高純度要求不同，化工利用對捕集二氧化碳的純度要求相對較低。“這要看具體的利用方式和催化劑，有些催化劑容易受一些雜質的影響，對二氧化碳的純度要求就會高一些，有些催化劑則對雜質的耐受性比較高。”王琪告訴記者，二氧化碳分子十分穩定，很難打開化學鍵讓其參與反應，如何提高二氧化碳轉化率，是化工領域利用的難點。目前，他們在二氧化碳加氫制甲醇燃料、制烯烴方向取得了較大進展，研制了配套催化劑技術和關鍵工藝設備，二氧化碳單程轉化率達到先進水平。同時，他們也正在研究如何讓二氧化碳成為先進碳材料的原料。

“地質利用，被認為是實現二氧化碳大規模經濟利用與地質封存的有效方式。”荊鐵亞告訴記者，利用二氧化碳驅油、驅氣并封存，可同時實現油氣增產和二氧化碳減排。

甘肅省最東部，華能隴東煤電風光儲一體化多能互補綜合能源基地建設正酣。建成之后，這里將成為我國規模最大的綜合能源基地。與此同時，也將成就全球首個150萬噸/年大規模CCUS工程示范項目。屆時那里將實現低能耗二氧化碳捕集、驅油與封存全流程工業示范。

“不過，相較于碳排放量，捕集后再利用的二氧化碳只是其中很少的一部分，沒被利用的部分仍需要被封存起來。”荊鐵亞說，封存二氧化碳一般要求注入距離地面至少1000米的地下巖層，在這樣的深度下才能確保二氧化碳保持在“超臨界流體”，且不易泄漏，“封存地點、容量以及安全性、經濟性等，都是需要考量的因素。”

從“小學生”到“老師”，再到國際標準制定者

我國二氧化碳捕集技術達到國際領先水平，首次整體出口到發達國家

最近，郜時旺和團隊成員除了忙于新技術研發外，還有一個“重頭戲”——牽頭編制國際標準ISO 27927《燃燒后二氧化碳捕集吸收溶液的關鍵性能指標及測試方法》。

這是由我國牽頭制定的首個碳捕集領域國際標準。

“標準發布后不僅將推動提升全球碳捕集領域研發和生產的科學性和規范性，對全球碳捕集領域的科學研究、工程建設和運行管理具有重要的指導意義，而且還會大幅提高我國在全球CCUS行業、在應對氣候變化方面的話語權。”提及此，郜時旺頗顯激動。

十多年的時間，我國在二氧化碳捕集技術領域，走過了從“小學生”到“老師”、再到國際標準制定者的蝶變之路。

郜時旺最明白其中艱辛。“核心技術還是要靠自己。”他感慨道。

思緒回到16年前。2007年，郜時旺接到集團公司的任務，要求在2008年北京奧運會前建設并投運碳捕集裝置。

“當時給我們定的二氧化碳捕集目標是每年3000噸，相當于16萬棵樹每年吸收的二氧化碳總量。這是該技術的首次探索，國內外都比較關注。”郜時旺回憶，彼時，他的研究方向是電廠除塵和流場模擬，碳捕集對他而言還僅僅是論文里的概念。

“外國人能搞出來，我們也能。”郜時旺堅定信念，但就在項目要開工時，國外合作方的圖紙和技術資料因故突然無法到來，給項目帶來了極大困難。

這也讓他明白了一個道理，核心技術要靠自己。他翻遍所有能查到的資料，所獲取的有效信息仍然是寥寥無幾。“當時這項技術，是學校里無此專業、市場上無此技術、業界更是無此先例。”

另辟蹊徑，他和同事們決定將化工行業的碳捕集技術移植到電力行業。然而，由于技術難度非常大，國內幾家知名的化工設計院都婉拒了他們的合作邀請。

在處處碰壁之后，他們只能自主研發，在攻克了一個又一個技術難題后，最終提出關鍵創新工藝，建成并成功投運中國第一套燃煤電廠二氧化碳捕集項目——華能北京熱電廠碳捕集項目，成為2008年北京奧運會期間我國對外展示的窗口。

2009年在上海石洞口電廠建成當時世界上最大的燃煤電廠二氧化碳捕集示范裝置，已運行超過10年，保持世界運行時間最長的紀錄。

2021年，他們參與建設澳大利亞最先進的陸上CCUS項目，實現了我國二氧化碳捕集技術向發達國家的轉讓。這也標志著我國二氧化碳捕集技術達到國際領先水平，首次整體出口到發達國家。

世界上最大的燃煤電廠150萬噸/年的二氧化碳捕集與封存全流程示范項目正在建設中。

由CCUS技術衍生出的國際首創的顛覆性技術——低溫法污染物一體化脫除技術，可一體化脫除煙氣中的硫氧化物、氮氧化物、粉塵、重金屬等其他污染物。

……

從0到1，成果滿滿。據介紹，華能清能院CCUS團隊共獲得國內外專利200余項。

“對我來說，最自豪的項目永遠是下一個。”郜時旺說。

為進一步攻克碳捕集成本與運行能耗較高的挑戰，他們正從二氧化碳捕集材料、工藝以及設備等方面進行技術創新；為提升二氧化碳利用率，他們正在開發“液態陽光”，把二氧化碳、水和太陽能轉化為甲醇等可運輸液體燃料……

這里，創新仍在繼續。