編者按

在“中國加速邁向碳中和”系列文章中，我們暢想了2050年由電動汽車、氫氣煉鋼、光伏發(fā)電、綠色儲能等新能源元素主導(dǎo)的碳中和世界。這一愿景的實現(xiàn)意味著全球需要在2030年將人為產(chǎn)生的二氧化碳凈排放量較2010年減少約45%，到2050年達到凈零排放。面對目標與時間的雙重挑戰(zhàn)，碳中和轉(zhuǎn)型如箭在弦。在各國競相開展相關(guān)研究與落地工作之時，中國在2020年9月舉行的第七十五屆聯(lián)合國大會一般性辯論上提出了碳達峰碳中和目標。近日，兩份綱領(lǐng)性文件《關(guān)于完整準確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達峰碳中和工作的意見》與《2030年前碳達峰行動方案》接連發(fā)布，中國 “雙碳“行動路線圖逐步明確。這兩個文件重申了中國此前承諾的2030年碳達峰、2060年碳中和的雙碳目標，并提出具體的實施路徑和階段目標。

在此大背景下，麥肯錫中國區(qū)啟動了大規(guī)模碳中和轉(zhuǎn)型研究，聯(lián)合國可持續(xù)發(fā)展目標13“氣候行動”也被麥肯錫中國區(qū)納入履行社會責(zé)任的重點內(nèi)容?；邴溈襄a全球可持續(xù)發(fā)展研究的豐富經(jīng)驗，結(jié)合對中國社會、行業(yè)和企業(yè)的全面理解和深刻洞見，動員全球百余名專家的知識力量，開展橫跨各大主要工業(yè)板塊的碳中和轉(zhuǎn)型趨勢、對策和技術(shù)研究，我們希望通過種種努力，能為中國早日達成碳中和目標略盡綿力。

這是本系列的第七篇文章，我們將探究碳捕集利用與封存（CCUS）技術(shù)對中國碳中和轉(zhuǎn)型的意義，后續(xù)還將發(fā)布有關(guān)氫能的專題研究。我們非常歡迎各界專家同仁不吝賜教，您可在留言區(qū)提出寶貴意見，也可直接與團隊取得聯(lián)系。我們期待與社會各界共同推進綠色中國碳中和轉(zhuǎn)型之偉業(yè)。

推廣CCUS勢在必行

為實現(xiàn)1.5攝氏度的溫控目標，到2050年全球二氧化碳減排必須達到80%以上。碳捕集利用與封存（CCUS）是實現(xiàn)這一目標的必要技術(shù)手段，預(yù)計到2050年CCUS將抵消當(dāng)前全球碳排放量的10%-20%。過去十年間，CCUS產(chǎn)能規(guī)模翻了一番。當(dāng)前全球產(chǎn)能達到4000萬噸，約半數(shù)集中在美國。CCUS產(chǎn)能目前主要用于天然氣加工，自然界天然氣礦床可能含有大量二氧化碳，有些濃度甚至高達90%，在天然氣出售或進一步加工成為液化天然氣之前，必須使用CCUS技術(shù)將二氧化碳分離出來。未來將有約35個CCUS項目計劃在2030年前建成。如能按期建成達產(chǎn)，CCUS產(chǎn)能將較當(dāng)前增加兩倍。

CCUS是中國實現(xiàn)1.5攝氏度溫控目標的關(guān)鍵技術(shù)抓手，可廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，特別是占中國二氧化碳排放量的60%-75%的電力行業(yè)及減排較難的工業(yè)部門，CCUS更是不可或缺的技術(shù)手段（見圖1）。綜合考量麥肯錫1.5攝氏度情景分析的排放總額，以及其他抓手潛在的最大排放量，我們發(fā)現(xiàn)這些難減行業(yè)減排目標的35%-40%需要依靠CCUS等尚不成熟的技術(shù)加以解決。如果其他減排抓手的應(yīng)用速度與規(guī)模不理想，就更需要CCUS來填補碳中和缺口。到2050年，CCUS年減排量要達到約14億噸二氧化碳，而當(dāng)前產(chǎn)能僅100萬噸，應(yīng)加快探索大規(guī)模應(yīng)用手段。

根據(jù)我們的分析，到2050年，中國二氧化碳年度減排量需達14億噸，累計減排量約為190億噸。目前CCUS有三種推廣設(shè)想：1，勻速推廣，即保持均勻的增長速度推廣；2，有序過渡，即在2030年留出50%的緩沖，之后擴大規(guī)模；3，先慢后快，即在2030年留出75%的緩沖，之后擴大規(guī)模。

我們認為“先慢后快”可能是目前最合適的推廣路徑。在這樣的情景下，未來十年是規(guī)?；茝VCCUS應(yīng)用的關(guān)鍵時期，在不超過碳排放預(yù)算的前提下爭取平穩(wěn)順利推廣，最終實現(xiàn)累計捕集約190億噸的二氧化碳。短期來看，各行各業(yè)應(yīng)當(dāng)積極探索提高能效等經(jīng)濟效益更好的抓手，將CCUS作為最后的手段。我們也需要明確一個重要卻容易被忽視的事實，即如果2030年各種負排放技術(shù)依然未見成熟，則需要更多地依靠CCUS來實現(xiàn)碳中和目標。

CCUS技術(shù)全鏈條和實施成本分析

CCUS全鏈條由二氧化碳來源、捕集、運輸、利用/封存這四個環(huán)節(jié)構(gòu)成。我們分析了各個環(huán)節(jié)的主要技術(shù)及其可行性，并以封存為例，對CCUS全鏈條的實施成本進行拆解。我們認為，未來需要進一步探索降本抓手和收益機制，加快推動CCUS擴大部署。

捕集技術(shù)—排放源濃度

碳排放源的二氧化碳濃度決定了捕集化學(xué)方法，隨著二氧化碳濃度升高，捕集成本隨之降低。目前各類技術(shù)提供商正在加緊研發(fā)低濃度點源與直接空氣捕獲等化學(xué)方法。技術(shù)最為成熟的高濃度點源（50%-90%濃度的煙氣）主要來自乙醇、氨和天然氣加工的排放，無需化學(xué)方法，可通過脫水和壓縮設(shè)備實現(xiàn)碳捕集；低濃度點源(5%-15%濃度的煙氣)，主要來自于大型減排難行業(yè)的點源，如發(fā)電廠和水泥廠，可通過化學(xué)溶劑、固體材料吸附劑、膜分離等捕集方法，其中化學(xué)溶劑捕集方法較為成熟；直接空氣捕獲是實現(xiàn)“負排放”必需的技術(shù)手段，從大氣環(huán)境中捕獲低濃度二氧化碳，可通過高溫堿性水溶液吸收再生、低溫固體吸附劑（TSA）再生、低溫液體溶劑（MSA）再生，目前技術(shù)尚不成熟（見圖2）。

捕集技術(shù)—捕集成本

捕集成本與二氧化碳排放源濃度成反比，目前僅5%的排放量同時具備技術(shù)和經(jīng)濟可持續(xù)性，需要激勵措施與技術(shù)提升。高濃度點源在當(dāng)前激勵政策下已具備經(jīng)濟可持續(xù)性，但它們的排放量小于5%；低濃度點源在不斷出臺的激勵措施下將具備經(jīng)濟可持續(xù)性；直接空氣捕獲將需要激勵措施以及技術(shù)提升才能實現(xiàn)經(jīng)濟可持續(xù)性。

捕集技術(shù)—生產(chǎn)階段

根據(jù)碳排放源的不同，可以在生產(chǎn)過程的不同階段捕集二氧化碳。以發(fā)電廠為例，可通過燃燒前、燃燒后與富氧燃燒的方式段捕集二氧化碳。燃燒前捕集過程將燃料轉(zhuǎn)化為氫氣和二氧化碳的氣體混合物，促進清潔燃燒，并使二氧化碳被壓縮后能夠運輸；燃燒后捕集過程將二氧化碳從尾氣中分離，使用液體溶劑捕集二氧化碳；燃燒后捕集過程中的富氧燃料使用氧氣而非空氣作為燃料，使廢氣中產(chǎn)生高濃度的二氧化碳，便于分離。

運輸技術(shù)

管道是當(dāng)前大量運輸二氧化碳最主要的選擇。在一定運輸距離（650公里）內(nèi)，管道運輸具有成本優(yōu)勢。美國擁有約6500公里二氧化碳管道，約占全球總長度的85%，而這一長度遠不足以滿足減排目標下的CCUS管道運輸需求。預(yù)計到2050年，所需的CCUS二氧化碳運輸管道長度大約是當(dāng)前的100倍。預(yù)計未來通過一體化CCUS項目，可建立起囊括多個排放點源、匯集點和封存點的二氧化碳運輸網(wǎng)絡(luò)。一旦形成規(guī)模經(jīng)濟效應(yīng)，可降低單個參與項目的門檻與成本。當(dāng)前，美國正在研究將自身現(xiàn)有的天然氣、合成氨、乙醇等基礎(chǔ)設(shè)施與未來建設(shè)的二氧化碳管道相結(jié)合可能釋放的潛力。船舶運輸是長距離運輸?shù)囊环N新興替代選擇，當(dāng)前主要應(yīng)用于食品級液態(tài)二氧化碳的運輸。鐵路與卡車可用于少量運輸二氧化碳，其較大的應(yīng)用潛力在于將二氧化碳配送到終端市場。所有的運輸方式都需將二氧化碳加壓壓縮，當(dāng)前液態(tài)和超臨界流體二氧化碳運輸正在成為遠距離儲存獲取的手段。

利用技術(shù)

降低CCUS技術(shù)實施成本的關(guān)鍵在于找到合適的利用技術(shù)。我們分析了各類CCUS利用技術(shù)可能實現(xiàn)的二氧化碳減排量（見圖3），包括提高石油采收率技術(shù)（Enhanced oil recovery, EOR，當(dāng)前主要應(yīng)用在陸上）、化學(xué)利用技術(shù)和生物利用技術(shù)。目前行業(yè)正在衍生新的技術(shù)發(fā)展趨勢，包括諸如在離岸海上油田中開發(fā)EOR項目和利用二氧化碳直接合成淀粉等。在各類利用技術(shù)的應(yīng)用上，我們的主要判斷如下：EOR具有經(jīng)濟價值，因而被認為是短期內(nèi)更可行的方案。然而油價下行壓力可能影響相關(guān)需求，預(yù)計EOR需求會在2035-2040年達到頂峰，隨后下降?；瘜W(xué)利用技術(shù)包括在化工生產(chǎn)過程中使用二氧化碳，如有機碳酸鹽、煤化工等，對二氧化碳終態(tài)濃度的要求較低（約40%），因而成本更低，有進一步研發(fā)的潛力；我們也觀察到化學(xué)利用技術(shù)的需求正在逐步增加，但仍無法充分消化大量的二氧化碳排放。生物利用技術(shù)將二氧化碳用于食品和飲料生產(chǎn)，但由于對二氧化碳終態(tài)濃度的要求較高（濃度約90%以上），因而成本更高、需求較少。

封存技術(shù)

無法被利用的二氧化碳，則需要通過封存技術(shù)進行埋存。然而就目前來看，封存技術(shù)對于企業(yè)來說成本極為高昂，且沒有經(jīng)濟價值，需要政府出臺相關(guān)政策進行激勵。同時，實施封存需要合適的地質(zhì)條件，因此合適的封存地點以及容量可能是天然限制因素。我們分析了可能的封存地點，枯竭油田封存、枯竭氣田封存和陸上咸水層封存是潛力相對較高的選幾個選項。其中，枯竭油田封存和枯竭氣田封存地點多集中于中國北部和東部地區(qū)，且油田和氣田大多相鄰，預(yù)計封存總?cè)萘渴?span id="iklwfhs" class="s1" style="font-size: 18px; box-sizing: inherit;">CCUS總需求量的30%?？萁哂吞锓獯嬉约翱萁邭馓锓獯鎸嵤╊~外成本較少，是較成熟的技術(shù)流程，在運用EOR技術(shù)充分捕獲采收潛力后，EOR現(xiàn)場最終往往留作直接封存，且油氣公司為相關(guān)地塊和設(shè)施的所有者，易于施行管理。

然而需要注意的是，油氣田封存可能存在一定的泄漏風(fēng)險，多是由于油氣田的設(shè)計和開采方式所致，例如油井、裂縫可能發(fā)生泄漏。陸上咸水層封存空間更大、更分散，在西南、中國中部等地區(qū)應(yīng)用潛力更大，同時可能更適合布局分散的行業(yè)板塊，例如水泥行業(yè)。陸上咸水層封存具有廣闊的應(yīng)用潛力，預(yù)計封存總?cè)萘渴?span id="1oxy0cg" class="s1" style="font-size: 18px; box-sizing: inherit;">CCUS總需求量的50-70倍。然而陸上咸水層封存不確定性也更高，運輸和封存設(shè)施可能需要第三方運營商進行投資和管理；同時，土地用于高濃度二氧化碳封存的相關(guān)法規(guī)和申報流程復(fù)雜，當(dāng)前在中國僅有一項試點。另外，陸上咸水層封存需要考慮地質(zhì)構(gòu)造穩(wěn)定性，不同地區(qū)的封存適宜程度存在差異，適宜性高的地區(qū)泄漏風(fēng)險相對較低。

降本抓手

我們的成本拆解分析發(fā)現(xiàn)，CCUS的成本主要集中在捕集環(huán)節(jié)，且隨著需求量的擴大，2030年后成本將會大幅上升。為擴大CCUS的應(yīng)用規(guī)模，亟需進一步研究降本抓手，包括開發(fā)第二代碳捕集技術(shù)、降低電力成本、形成規(guī)模經(jīng)濟效應(yīng)、優(yōu)化封存點規(guī)劃、合理利用社會資源等。其中，我們認為潛力最大的降本抓手為降低電力成本、提高能源效率和利用規(guī)模經(jīng)濟，通過降低單位二氧化碳耗電量和用電成本，實現(xiàn)在捕集環(huán)節(jié)顯著降本；同時利用規(guī)模經(jīng)濟效應(yīng)優(yōu)化封存點規(guī)劃，能夠進一步降低運輸和封存成本。在相對樂觀的情景預(yù)測下，CCUS成本可能降低30%-40%。

CCUS技術(shù)在中國的投資

在中國投資布局的CCUS主要分為三種類型：具有經(jīng)濟價值的EOR項目、“綠色煤電”試點項目和新興技術(shù)試點項目。當(dāng)前CCUS項目已在中國落地近30項，其中大部分是以油氣公司為投資主體的EOR項目。如當(dāng)前在建的齊魯石化—勝利油田CCUS項目為全國首個百萬噸級CCUS項目，預(yù)計2021年底投產(chǎn)，建成后齊魯石化可將捕集的二氧化碳運送至勝利油田進行驅(qū)油與封存。

當(dāng)前一系列CCUS試點項目正在涌現(xiàn)，如綠色煤電試點項目的投資主體主要為中國大型發(fā)電集團及其所屬的投資機構(gòu)，如2021年年初剛建成受電的由國家能源集團投資的國華錦界電廠15萬噸/年的碳捕集與封存的全流程示范項目，目標是使煤炭發(fā)電達到二氧化碳和污染物的近零排放，并提高“綠色煤電”系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟性，為商業(yè)化做技術(shù)準備。

新興技術(shù)項目投資主體更為多樣化，當(dāng)前仍處于研究階段，尚不具有經(jīng)濟性，主要為未來投資主體自身的碳中和轉(zhuǎn)型進行技術(shù)試點，或為二氧化碳的下游應(yīng)用做技術(shù)試點與研究。例如海螺集團蕪湖白馬山水泥廠5萬噸/年的CCUS項目將生產(chǎn)高濃度二氧化碳產(chǎn)品，應(yīng)用于焊接、食品保鮮、干冰生產(chǎn)、激光、醫(yī)藥等領(lǐng)域。此外，中國科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究院近日也公布了以二氧化碳為原料，不依賴植物光合作用，直接人工合成淀粉的成功實驗。

CCUS技術(shù)的宏觀實施路徑

我們認為，未來CCUS可能成為碳中和轉(zhuǎn)型下的一項必不可少的技術(shù)選項，需要政策激勵，與企業(yè)產(chǎn)生合力、加速推廣。我們分析了美國如何建立推廣CCUS價值鏈的應(yīng)用案例，希望可以為中國業(yè)界提供有效參考（見圖4）。

在美國應(yīng)用案例中，燃煤電廠等二氧化碳排放方致力于建設(shè)大規(guī)模碳捕集設(shè)施，以期獲得政府提供的碳稅抵免；油田等碳封存點通過收集二氧化碳進行EOR/封存部分減免稅款從而獲益。此外，政府還對管道等基礎(chǔ)設(shè)施投資以及CCUS技術(shù)研發(fā)提供補貼，并設(shè)計合適的監(jiān)管框架以推動CCUS項目的開展。企業(yè)和外部投資者則可通過投資CCUS項目，換取稅收抵免等穩(wěn)定收益。

參考美國的應(yīng)用案例，我們?yōu)槿珖秶?span id="p6yimwu" class="s1" style="font-size: 18px; box-sizing: inherit;">CCUS推廣設(shè)計了“三步走”路徑：

• 行業(yè)試點期（2021-2030）：適當(dāng)?shù)恼邫C制（例如補貼及碳稅）和切實的經(jīng)營環(huán)境保障，可為CCUS項目創(chuàng)造經(jīng)濟激勵和可持續(xù)的商業(yè)前景。同時，相關(guān)部門應(yīng)基于2050年減排目標，評估CCUS設(shè)施和研發(fā)方面所需的投資，盡早開展資源規(guī)劃與鋪排。

• 地區(qū)推廣期（2031-2040）：各地區(qū)根據(jù)行業(yè)結(jié)構(gòu)和可用資源，制定自己的CCUS發(fā)展路線圖；同時，對于CCUS的應(yīng)用加大相關(guān)支持（例如，補貼、政策支持），推動應(yīng)用提速。

• 全國應(yīng)用期（2041-以后）：企業(yè)識別潛在的資源整合機會（例如CCUS企業(yè)、輸送管道等）后，向價值鏈外圍延伸拓展以捕獲成本協(xié)同效益；在逐步取消部分CCUS補貼后，應(yīng)學(xué)習(xí)其他地區(qū)商業(yè)模式的成功經(jīng)驗，并有序推動CCUS在全國的部署。

在中國未來的CCUS生態(tài)系統(tǒng)中，各方應(yīng)通力合作、持續(xù)探索與調(diào)整校準適合中國的成本實施路徑，推動CCUS大規(guī)模落地（見圖5）。首先，應(yīng)根據(jù)本地適宜的地質(zhì)條件確定具體CCUS實施路徑。其次，應(yīng)建立多種機制協(xié)同各部門為CCUS的有序?qū)嵤╀伮?。例如，建立商業(yè)機制如CCUS專項補貼、碳稅和安全法規(guī)等其他支持機制為CCUS的部署營造良好的環(huán)境；同時可通過碳市場調(diào)節(jié)對于企業(yè)排放配額的分配和交易，對于CCUS項目的實際減排量計入信用在碳市場上交易。征收碳稅有助于將減排成本轉(zhuǎn)移至制造環(huán)節(jié)，從而為上游減碳提供激勵。最后，建立跨行業(yè)、跨國界合作的CCUS生態(tài)圈，使政策制定者與企業(yè)開展有效對話；聯(lián)合各方，集中資源，實現(xiàn)協(xié)同增效?？梢苑e極與歐洲及美國相關(guān)部門和企業(yè)開展合作交流，共同促進CCUS的成本降低以及碳中和目標的實現(xiàn)。企業(yè)則需要在政策框架下密切關(guān)注CCUS相關(guān)政策動向與技術(shù)進展，積極探索二氧化碳利用的新商業(yè)模式，在碳中和轉(zhuǎn)型大勢中先人一步抓住機會。對于有一定資金基礎(chǔ)的大型電力、油氣企業(yè)，應(yīng)積極與高校和科研單位開展CCUS試點，力爭成為國際一流的CCUS服務(wù)提供商。

實現(xiàn)“零碳中國 ”，需要持之以恒的關(guān)鍵舉措與實際行動。我們認為，碳中和轉(zhuǎn)型早已不是“可選項”，而是如箭在弦的“必選項”。我們希望通過這一系列的文章提供思路和洞見，觸發(fā)更多思維激蕩和觀點碰撞，與社會各界協(xié)力構(gòu)建零碳社區(qū)，推動各方共同努力實現(xiàn)深度變革。

接下去我們還將就氫能技術(shù)展開深度論述。歡迎行業(yè)同仁與我們交流觀點，或直接與團隊取得聯(lián)系。

作者：

華強森（Jonathan Woetzel）是麥肯錫資深全球董事合伙人及麥肯錫全球研究院聯(lián)席院長，常駐上海分公司

汪小帆是麥肯錫全球董事合伙人，常駐上海分公司

克林特·伍德（Clint Wood）是麥肯錫全球董事合伙人，常駐休斯頓分公司

阿拉什戴爾·漢密爾頓（Alastair Hamilton）是麥肯錫全球董事合伙人，常駐休斯頓分公司

廖緒昌是麥肯錫全球副董事合伙人，常駐香港分公司

本文作者感謝馮梓君、高雅、黃逸楠、李星澤、李雅婷、李英、廖建凱、林天惠、盧奕丞、王循、王家駿、謝瑢、楊旭晨、姚宇涵、葉婧文、于冰清、袁子葳、張明亮、趙佳茵對本文的貢獻。（排名按照姓氏順序）