實現“雙碳”目標，除了源頭
減排和能源替代，終端二氧化碳的回收、封存及利用（CCS/CCUS)技術同樣關鍵。近日，我國首個海上二氧化碳封存示范工程項目正式投用，每年封存量達30萬噸，累計將超150萬噸。而項目本身成本不低：投資2.57億元，每年需250萬元維護費，每封存1噸二氧化碳需花費500元~1000元。“二氧化碳的捕集技術已經十分成熟，難點是人類利用二氧化碳的能力目前還遠低于捕集它的能力，如果‘CCS’（碳捕獲、封存）中不加一個‘U’（利用），都封存入地底，就難以擴大規模和商業化運作。”相關人士告訴記者，如今，各類CCUS技術正蓬勃發展，不少已開啟商業化嘗試。
現在和將來，人類能把二氧化碳變成什么？這些技術會對實現
碳中和產生哪些影響？記者近日進行了采訪。
二氧化碳捕集后
可大規模用于油田驅油
清華大學化學工程系副教授蔣國強常年關注各類CCS/CCUS技術。他告訴記者，人類主要采用的碳捕集方法是溶劑吸收法，該方法早在一百年前生產化肥時就已出現；如今人們則通過溶劑和過程優化來適應碳捕集的新要求。
二氧化碳捕集后，最早的大規模利用方式是油田驅油。蔣國強介紹，在美國休斯頓附近建設有目前世界最大的碳捕集與封存項目，每年發電廠可捕獲、封存及利用140萬噸二氧化碳，這些二氧化碳主要用于給油田驅動采油；而我國同樣掌握了這項技術，2021年國家能源集團錦界電廠15萬噸/年二氧化碳捕集利用與封存項目正式投產，生產出的工業級液態二氧化碳主要用于油田驅油、
化工廠制備小蘇打等。
業內人士介紹，二氧化碳驅油技術的應用場景主要為油田開采晚期，這時油田內剩余的石油都擠在地縫里，最初的方法是通過注水將石油往外擠，現在則是拿純二氧化碳打入油田，將石油壓出來，二氧化碳不僅成為產油工具，同時也起到封存它的效果。“雖然封存的量較可觀，但這種方法缺點也比較明顯，一是受地理條件限制，沒有油田的地方無法開展；二是未來我們要減少化石能源的開采；三是這種方式要循環使用二氧化碳，始終存在一定的泄漏風險。”
二氧化碳“變”碳酸鈣
“以廢治廢”可廣泛用于工業領域
蔣國強介紹，國內已有企業開啟將二氧化碳礦化為碳酸鈣等無機物、并作為工業原料銷售的商業化嘗試。“碳酸鈣本身是大宗基礎化工原料，
市場需求大，現在主要靠開采石灰石來滿足，但開采本身會對環境造成影響；而利用二氧化碳的礦化路線生產碳酸鈣，一方面能固碳，另一方面也減少開采對環境的破壞。”
去年底，國能集團的大同發電廠上馬了一套年處理1000噸二氧化碳的礦化設備，可將電廠尾氣中的二氧化碳與富含鈣元素的工業固廢反應，最終形成微米級的碳酸鈣超細顆粒。該技術工藝及設備的提供方原初科技（
北京）有限公司首席技術官王麒告訴記者：“我們的化學鏈礦化工藝流程前端有溶解工業固廢的反應器，后端有做二氧化碳礦化的反應器，該技術的最大特點是二氧化碳不需要提高純度，在我們的反應器里，從5%到100%間任何濃度的二氧化碳都可以直接反應，吸收轉化率大于90%，且只需2分鐘就可實現。該技術在不消耗任何酸堿的情況下實現二氧化碳的高效礦化，整個過程能耗非常低，容易進行工業放大。我們的目標是將來要處理上億噸的二氧化碳，實現大規模減碳。”王麒介紹，目前公司正與有關企業洽談建設一套年處理規模10萬噸二氧化碳的工業裝置，已處于設計階段。
王麒介紹，微米級超細顆粒碳酸鈣可廣泛用于塑料、涂料、
造紙、橡膠等工業領域，市場上，這類碳酸鈣顆粒可以賣到1噸800元以上。“我們的做法就是‘以廢治廢、變廢為寶’，根據
第三方機構做的評估，碳凈減排率大于50%；此外，反應所需要的能量基本都依靠電能，隨著我國‘綠電’的進一步大規模普及應用，反應帶來的
碳排放將進一步降低。”
二氧化碳“變”混凝土
蓋樓、修路養護更省心
蔣國強介紹，高純度二氧化碳的另一項商業應用是養護混凝土。原本混凝土在使用過程中需要用蒸汽進行養護，如今科學家們發現可用二氧化碳代替蒸汽完成養護過程，同時實現高效固碳，該技術在我國也已開啟商業化應用。
近期，一家將二氧化碳礦化利用制混凝土的CCUS科技企業宣布獲得新一輪數千萬元融資，該企業創始人趙超介紹，公司的技術源自
浙江大學國家能源清潔利用重點實驗室，2020年企業就與浙江大學合作承擔了多個與CCUS技術相關的國家和地方研發項目，并建設了相關二氧化碳礦化利用技術聯合研發平臺。“去年，我們與中建集團合作，在他們承建的
香港有機資源回收中心二期的建筑中，借助我們的固碳混凝土產品實現了全國首個在施工期內碳中和的綠色示范工程。經第三方權威機構測算，利用清捕零碳礦化技術所生產的固碳混凝土，全生命周期
碳足跡較傳統產品可減少87%的二氧化碳排放量。”
據悉，該企業所研發的二氧化碳捕集-礦化混凝土技術工藝能夠替代混凝土生產中的傳統蒸壓養護工藝，采用礦化反應器進行二氧化碳和混凝土的礦化反應，由此生產的混凝土
建材，強度等指標均有所提升，養護時間也比之前降低了一半以上，大大提升生產效率。“我們的混凝土原料主要來自鋼渣、電石渣、粉煤灰等，通過技術工藝可以做到95%以上的二氧化碳充分吸收，不僅高效實現了碳封存，也大量消納了工業固廢。”趙超表示，他們的愿景是利用礦化技術固定與封存1億噸二氧化碳，未來將建筑物、道路等變為
碳匯資源。
二氧化碳“變”有機物
合成甲醇、乙醇、碳酸酯等應用廣
除了礦化為無機物，利用二氧化碳生成各類有機物也是減碳方式之一。蔣國強表示，目前科學家正通過催化轉化，把二氧化碳轉變成有機物。“有機物本質是碳氫化合物。以往，碳的來源是從煤炭、石油這類化石資源中來；將來，隨著‘雙碳’目標推進，將二氧化碳捕集后重新作為碳源去制造有機物是重要的應用方向。”
目前，工業化嘗試中做得比較多的是利用二氧化碳合成甲醇。蔣國強介紹，2020年10月，位于蘭州新區的全球首個千噸級二氧化碳合成甲醇示范工程項目投產，該項目主要利用中科院大連物化所李燦院士的技術，由太陽能光伏發電、電解水制氫、二氧化碳加氫合成甲醇三個基本單元構成，總占地約289畝，項目達產后可每年生產甲醇1440噸。“后續甲醇可以進一步做成多種有機物，如燃料、塑料等。”
蔣國強告訴記者，科學家還在想辦法將二氧化碳還原為一氧化碳，利用二氧化碳生產出乙醇，從而做成各類大眾化學品。“還有一大利用就是將二氧化碳做成碳酸酯并合成聚碳酸酯，碳酸酯是重要的電子化學品，聚碳酸酯則在汽車、電子等行業有廣泛應用。”
據悉，碳酸酯是鋰電池電解液的主要成分，對新能源汽車、儲能、電子信息等產業發展具有不可或缺的價值。蔣國強介紹，目前由中科院過程工程研究所開發的利用離子液體催化二氧化碳合成碳酸酯的技術，已在廣東惠州大亞灣投產，年產量達到10萬噸級。該項目利用工業排放的二氧化碳生產電子級碳酸酯的同時，還聯產聚酯級乙二醇，乙二醇是生產聚酯、合成纖維、防凍劑、醫藥等的基礎原料。
前沿探索將二氧化碳“變”糧食
王麒介紹，根據國際能源署和國家科技部等機構預測，未來CCUS技術在我國碳中和里要擔當的任務是每年處理5億噸~29億噸范圍，可以說，CCUS將成為碳中和的托底技術；蔣國強則介紹，從整個碳中和路徑上看，按照我國和大部分國家的整體構思，達成“雙碳”目標，60%~70%要靠前端減少化石能源利用，依靠可再生能源和材料替代才能實現，而剩余的30%~40%需要后端的吸收，這就依賴于技術固碳。
據媒體報道，截至2022年底，我國共開展約100個CCS/CCUS項目，年二氧化碳捕集能力已超過400萬噸，預計到2050年，CCUS技術市場規模將超過3300億元/年。“目前，市面上的技術可以說百舸爭流，大家面對的是一條全新的碳中和賽道，最后可能有2到3種技術脫穎而出，成為將來最重要的技術固碳手段。”王麒說。
“現有的固碳技術或多或少都進行了一些工業化嘗試，而在實驗室內，各國科學家如今也在研究更多固碳技術。”蔣國強介紹，目前比較前沿的研究是二氧化碳能否直接做成糧食，像美國在今年的3月提出的生物技術和生物制造的目標，其中就提到了二氧化碳的利用，希望把它做成食品；而我國科學家最重要的貢獻是已成功將二氧化碳合成為淀粉。
蔣國強表示：“現在，大家還在探索怎么用二氧化碳去合成蛋白質，這些都屬于非常前沿的催化轉化。實際上，我們吃的東西也都是二氧化碳‘做’的，只不過之前是植物經過復雜的光合作用才‘做’出來，而我們努力的方向是，如何在工業上將光合作用加速，利用二氧化碳做出食物來，這樣我們就能把科學路徑和商業路徑都打通。”
