發(fā)展碳捕捉與封存（CCS）等負(fù)排放技術(shù)，才能補(bǔ)償無(wú)法減排或後期累積的排放量。到2050年，全球CO2減排量約有15%需要依賴(lài)CCS實(shí)現(xiàn)。在此背景下，CCS技術(shù)已成為重工業(yè)和能源業(yè)脫碳的關(guān)鍵工具。
全球氣候變遷推動(dòng)碳中和、甚至負(fù)碳經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，成為工業(yè)界的長(zhǎng)期目標(biāo)。各國(guó)提出2050淨(jìng)零排放承諾後，科學(xué)評(píng)估均指出必須發(fā)展碳捕捉與封存（CCS）等負(fù)排放技術(shù)，才能補(bǔ)償無(wú)法減排或後期累積的排放量。IPCC與國(guó)際能源署（IEA）均明確強(qiáng)調(diào)，CCS對(duì)於實(shí)現(xiàn)本世紀(jì)中葉淨(jìng)零排放至關(guān)重要。IEA的情境分析顯示，到2050年，全球CO2減排量約有15%需要依賴(lài)CCS實(shí)現(xiàn)，這意味著CCS設(shè)備容量需增加百倍以上，投資規(guī)模高達(dá)數(shù)千億美元。在此背景下，CCS技術(shù)已成為重工業(yè)和能源業(yè)脫碳的關(guān)鍵工具。
技術(shù)原理介紹
CCS涵蓋碳捕捉、運(yùn)輸與封存三大環(huán)節(jié)。首先，在工業(yè)製程或燃燒排放端提取CO2是核心環(huán)節(jié)，常見(jiàn)技術(shù)包括：
化學(xué)/物理吸收法
以溶劑吸收CO2，分為物理吸收（透過(guò)壓力、溫度變化使CO2溶解）與化學(xué)吸收（以胺類(lèi)等溶劑與CO?發(fā)生化學(xué)反應(yīng)）。化學(xué)吸收法最為成熟、已商業(yè)化，對(duì)低壓CO2源具有較高的去除效率，典型案例如煉油、氫廠尾氣所用的MEA胺洗系統(tǒng)。物理吸收則適用於高壓、高濃度的氣流，但一般多以化學(xué)吸收為主流。
吸附法
利用固體吸附劑（如沸石、活性碳、金屬－有機(jī)框架）在表面將CO2選擇性吸附，再透過(guò)加熱或壓力變動(dòng)脫附回收CO2 。此方法吸附和再生次數(shù)多，可循環(huán)使用，不需溶劑處理。實(shí)際應(yīng)用中，吸附法常作為補(bǔ)充技術(shù)或用於處理特殊排放來(lái)源。
薄膜分離法
將含CO2氣體通過(guò)高分子或無(wú)機(jī)膜，依分子在膜中的穿透速率差異實(shí)現(xiàn)分離。此法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、模組化程度高，但膜材耐久性和分離效率仍待提升。目前多用於小規(guī)模提純或輔助處理工況。
其他捕捉技術(shù)
如低溫冷凝、富氧燃燒、鈣循環(huán)、電化學(xué)分離和生物轉(zhuǎn)化等，也在研發(fā)中。直接空氣捕捉（DAC）屬於後燃燒捕捉極端例子，可將大氣中稀薄CO2抽取並封存，雖能實(shí)現(xiàn)真正的負(fù)排放，但當(dāng)前能耗和成本極高，尚屬新興領(lǐng)域。
碳運(yùn)輸
捕集後的CO2需加壓液化或超臨界化，經(jīng)由專(zhuān)用管線、船運(yùn)或卡車(chē)運(yùn)輸至封存地點(diǎn)。目前地面管線是主流，建設(shè)量有限。例如美國(guó)現(xiàn)有CO2管線約5000英里，但2050年前可能需增至2～9萬(wàn)英里才能滿足需求。
碳封存
將高壓CO2注入地下地層，使其長(zhǎng)期隔絕於大氣。主要封存方式包括深層鹽水層、枯竭油氣藏、不可開(kāi)採(cǎi)煤層等。深層鹽水層儲(chǔ)量極大，理論上可存放數(shù)千億噸級(jí)CO2。另有礦化封存：將CO2注入含鈣鎂基的巖石（如玄武巖）中，使CO2與礦物反應(yīng)生成碳酸鹽，達(dá)到永久固碳的效果。以上各環(huán)節(jié)需綜合運(yùn)用，並搭配監(jiān)測(cè)技術(shù)確保封存安全。
主流企業(yè)案例分析
Shell
作為石油化工巨頭，Shell早年即參與多項(xiàng)大型CCS專(zhuān)案。加拿大Scotford升油廠的Quest計(jì)畫(huà)自2015年起運(yùn)行，採(cǎi)用胺吸收技術(shù)捕獲蒸汽重整產(chǎn)生的CO2，捕獲量上限約1.2百萬(wàn)噸/年。澳洲Gorgon LNG計(jì)畫(huà)亦在巴洛島設(shè)置CCS系統(tǒng)，可捕獲3.4～4.0百萬(wàn)噸/年CO2，是全球最大規(guī)模的專(zhuān)案之一。此外，Shell與Equinor、TotalEnergies合資的歐洲Northern Lights管線計(jì)畫(huà)，將陸續(xù)為多國(guó)提供CO2海運(yùn)封存服務(wù)，凸顯其多元化布局。
Occidental Petroleum（Oxy）
Oxy長(zhǎng)期投入油田增產(chǎn)同時(shí)封存CO2，其1PointFive部門(mén)近期更聚焦直接空氣捕捉（DAC）技術(shù)。Oxy與Carbon Engineering合作的Stratos DAC廠預(yù)計(jì)投運(yùn)後，每年可從空氣中捕獲約50萬(wàn)噸CO2。同時(shí)，Oxy在美國(guó)Permian盆地等地利用CO2驅(qū)油已逾數(shù)十年，近期亦取得EPA許可將DAC捕獲的CO2永久注入地下。Oxy的案例展現(xiàn)了「捕集-利用-封存」並行的實(shí)踐方式。
Equinor
挪威國(guó)營(yíng)能源公司Equinor具備全球最豐富的海上封存經(jīng)驗(yàn)。Sleipner氣田於1996年起成為世界首個(gè)工業(yè)規(guī)模CO2封存示範(fàn)項(xiàng)目，每年將約百萬(wàn)噸CO2注入海床下鹽水層；2008年的Snohvit液化天然氣廠亦將CO2送入北海地層。Equinor與歐洲合作夥伴共同推動(dòng)挪威「長(zhǎng)船計(jì)畫(huà)」(Longship)，其北海北極星(Northern Lights)封存場(chǎng)第一期年注入能力為1.5百萬(wàn)噸CO2。隨著Shell和TotalEnergies投資擴(kuò)建，預(yù)計(jì)第二期將再增3.5百萬(wàn)噸，總量達(dá)5百萬(wàn)噸/年。Equinor並持續(xù)在挪威以外布局，包括投資德州巴丘彎(CCS項(xiàng)目)等，顯示其長(zhǎng)遠(yuǎn)的CCS產(chǎn)業(yè)佈局。
當(dāng)前挑戰(zhàn)分析
高成本與能量消耗
當(dāng)前CCS技術(shù)成本仍然偏高。捕捉CO2所需的設(shè)備龐大且耗能，例如化學(xué)吸收需要加熱再生胺溶液，會(huì)顯著提高電廠或工廠的能源消耗。根據(jù)研究，當(dāng)排放氣體中CO2分壓極低（如直接從大氣或稀薄煙氣中捕集）時(shí)，捕集成本可超過(guò)180美元/噸；一般工業(yè)尾氣處理時(shí)的成本也常在數(shù)十美元至百餘美元/噸。如此高昂的成本使得若無(wú)外部補(bǔ)貼或碳價(jià)支持，多數(shù)CCS專(zhuān)案難以經(jīng)濟(jì)自持。
基礎(chǔ)設(shè)施不足
大規(guī)模推動(dòng)CCS需要完善的運(yùn)輸與封存網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)前全球僅有數(shù)十個(gè)商用CCS設(shè)施，CO2專(zhuān)用管線零星分布。例如美國(guó)現(xiàn)有約5,000英里管線，但2050年前可能需擴(kuò)增至2～10萬(wàn)英里才能滿足淨(jìng)零目標(biāo)。缺乏集中管網(wǎng)意味著每個(gè)捕獲站都必須自行建管線或轉(zhuǎn)運(yùn)設(shè)備，增加成本與阻礙。
政策與商業(yè)模式挑戰(zhàn)
CCS投資回收期長(zhǎng)，且缺乏穩(wěn)定收益來(lái)源。許多國(guó)家的碳價(jià)或補(bǔ)貼政策尚不完備，導(dǎo)致私人企業(yè)不願(yuàn)承擔(dān)高風(fēng)險(xiǎn)。例如即使已有美國(guó)45Q等稅收抵免機(jī)制，但在多數(shù)地區(qū)仍缺乏等值碳價(jià)或直接財(cái)政支援。此外，社會(huì)對(duì)管線安全性和CO2封存安全性的質(zhì)疑，以及對(duì)CCS與石化產(chǎn)業(yè)共存的疑慮，也成為許多計(jì)畫(huà)反對(duì)或延宕的原因。整體而言，目前全球CCS部署進(jìn)度遠(yuǎn)低於淨(jìng)零所需：IEA統(tǒng)計(jì)顯示，截至2023年，全球在運(yùn)營(yíng)階段的CCUS設(shè)施約45座，2030年已宣布的捕捉能力僅約4.35億噸/年，僅達(dá)達(dá)成2050淨(jìng)零碳路徑需求的約40%。
未來(lái)展望與企業(yè)應(yīng)對(duì)策略
創(chuàng)新技術(shù)與碳利用
隨著研發(fā)投入增加，CCS技術(shù)將持續(xù)優(yōu)化。直接空氣捕捉（DAC）雖當(dāng)前成本高昂，但如Stratos專(zhuān)案已將單點(diǎn)年捕量推向50萬(wàn)噸級(jí)，未來(lái)有望透過(guò)規(guī)模化和技術(shù)突破降本。碳封存以外，碳利用（CCUS）應(yīng)用也成為焦點(diǎn)，將CO2轉(zhuǎn)化為化工原料、合成燃料或建材等。例如利用可再生氫氣和CO2合成甲醇或航空燃料，或?qū)O2轉(zhuǎn)換為混凝土添加物、塑膠等產(chǎn)品，使之「變廢為寶」。這些技術(shù)能在對(duì)應(yīng)領(lǐng)域減碳的同時(shí)創(chuàng)造商業(yè)價(jià)值。
產(chǎn)業(yè)合作與集群模式
為降低成本並共擔(dān)風(fēng)險(xiǎn)，產(chǎn)業(yè)間合作模式正形成趨勢(shì)。多個(gè)碳源企業(yè)共用管網(wǎng)和封存設(shè)施的「捕集與封存集群」（CCS hubs）可分?jǐn)偦A(chǔ)設(shè)施成本。歐洲、北美已有規(guī)劃幾個(gè)此類(lèi)示範(fàn)計(jì)畫(huà)，如英國(guó)HyNet、挪威Longship以及美國(guó)Gulf Coast cluster等，都匯聚電力廠、煉油廠和化工廠的CO2輸送網(wǎng)絡(luò)。此外，國(guó)際間或區(qū)域內(nèi)的跨國(guó)合作（如跨境運(yùn)輸管線）也在討論中，以擴(kuò)大封存網(wǎng)絡(luò)的潛力。
政策激勵(lì)
加強(qiáng)政策支持是推動(dòng)CCS的關(guān)鍵。一些國(guó)家已經(jīng)推出經(jīng)濟(jì)激勵(lì)措施：例如美國(guó)2021年《基建法》撥款17億美元支持碳捕集項(xiàng)目、12億美元投入DAC樞紐建設(shè)；美國(guó)稅收抵免對(duì)注入封存每噸最高補(bǔ)貼數(shù)十美元，甚至160美元以上；歐盟則透過(guò)碳市價(jià)和創(chuàng)新基金等途徑鼓勵(lì)投資。未來(lái)若能建立更穩(wěn)定的碳價(jià)機(jī)制或直接補(bǔ)貼政策，將大幅降低企業(yè)採(cǎi)用CCS的門(mén)檻。
半導(dǎo)體業(yè)界的機(jī)遇
雖然半導(dǎo)體製造自身直接排放相對(duì)有限，但其供應(yīng)鏈和能源需求龐大。半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)可以利用自身優(yōu)勢(shì)參與CCS：先進(jìn)晶片和感測(cè)器可應(yīng)用於CCS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)與運(yùn)算，提升運(yùn)行效率；廠房使用的高純CO2（如在光刻製程中作冷卻氣體）亦可考慮與CCS結(jié)合，減少原料製造碳足跡。
此外，半導(dǎo)體業(yè)投資CCUS也有助於達(dá)成企業(yè)的碳中和目標(biāo)，並可能催生新市場(chǎng)，例如將捕獲的CO2用作生產(chǎn)半導(dǎo)體材料（如矽矽晶體成長(zhǎng)需用氬氣，未來(lái)可研究CO2電解產(chǎn)生合成氮?dú)猓騾⑴c二氧化碳轉(zhuǎn)換技術(shù)的硬體開(kāi)發(fā)等。總之，半導(dǎo)體業(yè)雖非CCS主體，但其技術(shù)優(yōu)勢(shì)和資源實(shí)力意味著在這一新興領(lǐng)域仍具多方面參與與受益的潛力。
結(jié)語(yǔ)
隨著全球?qū)Q(jìng)零排放的承諾日益明確，碳捕捉與封存技術(shù)（CCS）正逐步從實(shí)驗(yàn)性應(yīng)用走向大規(guī)模部署。未來(lái)，隨著技術(shù)成熟與成本降低，CCS可望與再生能源、氫能、生質(zhì)能源等形成互補(bǔ)，共同構(gòu)築低碳產(chǎn)業(yè)鏈。在政策驅(qū)動(dòng)與碳交易市場(chǎng)機(jī)制的催化下，企業(yè)減碳?jí)毫σ矊⑦M(jìn)一步推升對(duì)CCS解決方案的需求。
此外，碳捕捉後的CO2資源化應(yīng)用（如用於製造建材、燃料或化學(xué)品）也具備高度潛力，可將碳排視為原料來(lái)源，進(jìn)一步強(qiáng)化循環(huán)經(jīng)濟(jì)的實(shí)踐。未來(lái)，碳捕捉與封存技術(shù)將不僅僅是減碳工具，更可能成為促進(jìn)永續(xù)發(fā)展與綠色轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵推手。
