近期，美國國家石油委員會（NPC）發(fā)布了受美國能源部委托完成的《迎接雙重挑戰(zhàn)：碳捕集、利用和封存規(guī)?；渴鹇肪€圖》報告，提出了在25年內(nèi)實現(xiàn)大規(guī)模部署碳捕集、利用與封存（CCUS）技術(shù)的發(fā)展路線。報告指出CCUS技術(shù)是提供可負擔、可靠的能源并同時解決氣候變化風險雙重挑戰(zhàn)的關鍵技術(shù)之一，美國在CCUS領域處于全球領先地位，并具有推動CCUS廣泛部署的強大能力，應通過啟動、擴張和規(guī)模化應用三個階段實現(xiàn)CCUS在美國的大規(guī)模部署。報告提出了未來25年CCUS大規(guī)模部署的路線圖，以及未來10年的研發(fā)資助建議，關鍵內(nèi)容如下：

一、CCUS規(guī)?；渴鹇肪€圖

1、啟動階段：未來5-7年

CCUS累計投資達到500億美元，其中包括20億美元的基礎設施投資，就業(yè)崗位達到1萬個，CCUS規(guī)模由當前的2500萬噸/年增至6000萬噸/年，捕集、運輸和封存的CO2量相當于美國原油基礎設施系統(tǒng)排放量的10%。

2、擴張階段：未來15年

CCUS累計投資達到1750億美元，其中包括90億美元的基礎設施投資，就業(yè)崗位達到4萬個，CCUS規(guī)模增至1.5億噸/年，捕集、運輸和封存的CO2量相當于美國原油基礎設施系統(tǒng)排放量的25%。

3、規(guī)模化應用階段：未來25年

CCUS累計投資達到6800億美元，其中包括280億美元的基礎設施投資，就業(yè)崗位達到23萬個，CCUS規(guī)模增至5億噸/年，捕集、運輸和封存的CO2量相當于美國原油基礎設施系統(tǒng)排放量的75%。

二、研發(fā)資助建議

通過持續(xù)的技術(shù)研發(fā)和示范將有可能使CCUS技術(shù)成本在未來20年降低10%-30%。為此，美國國家石油委員會建議美國能源部促進公私合作，油氣行業(yè)也應保持甚至加大對CCUS的高水平資助以開發(fā)新技術(shù)；并建議國會在未來10年每年撥款15億美元用作CCUS研發(fā)經(jīng)費，以促進技術(shù)開發(fā)和示范。路線圖提出了如下的研發(fā)資助建議：

1、碳捕集技術(shù)

建議未來10年內(nèi)對碳捕集研究、開發(fā)與示范（RD＆D）的公共投入約為10億美元/年，具體包括：（1）每年投入約2.4億美元用于碳捕集和先進發(fā)電循環(huán)系統(tǒng)開發(fā)的基礎科學和應用研究、實驗室規(guī)模和小型試點項目，其中聯(lián)邦投入占80%；（2）每年投入約2.4億美元用于大規(guī)模試點項目；（3）每年投入約5億美元用于支持CCUS示范項目。建議的RD＆D重點包括：

?改進碳捕集技術(shù)以用于燃煤煙氣、天然氣煙氣和工業(yè)CO2排放源；

?推進開發(fā)用于氣體分離的溶劑、吸附劑、膜和低溫工藝，以及開發(fā)新型的具備碳捕集功能的能量循環(huán)系統(tǒng)；

?制定成本和性能基準并進行公開評估；

?降低碳捕集的總體成本以及資本、運營和維護成本；

?提升碳捕集系統(tǒng)的運行靈活性以適應加速循環(huán)；

?評估碳捕集技術(shù)以確定最具技術(shù)性和經(jīng)濟性的選擇；

?探索復合碳捕集系統(tǒng)的應用。

2、碳封存技術(shù)

（1）地質(zhì)封存。建議未來10年內(nèi)對CO2地質(zhì)封存研究與開發(fā)的公共投入約4億美元/年，具體包括：1）1億美元用于加速CCUS部署的區(qū)域計劃；2）每年投入1億美元用于地質(zhì)封存表征（包括海底封存）；3）每年投入2億美元用于收集數(shù)據(jù)和地質(zhì)樣本的實地項目，以促進長期安全封存的基礎和應用科學研究。建議的研發(fā)重點包括：

?提高場址表征和封存方法的效率；

?通過CO2羽流固定機理研究及加快速度來增加對孔隙空間的利用；

?改進耦合模型以優(yōu)化和預測CO2流動和輸運，以及地質(zhì)力學和地球化學反應；

?降低監(jiān)測成本并開發(fā)新的監(jiān)測技術(shù)；

?量化和管理誘發(fā)地震的風險；

?研究采用替代砂巖和碳酸鹽巖儲層實現(xiàn)年儲量百萬噸級的可行性，包括超鎂鐵質(zhì)巖石（玄武巖）和低滲透性巖石（頁巖）；

?進行社會科學研究，以提高利益相關者的參與度，并向大眾通報地質(zhì)構(gòu)造中碳封存的需求、機會、風險和利益。

（2）CO2提高采收率技術(shù)。建議未來10年內(nèi)對CO2提高采收率（EOR）研發(fā)公共投入約1億美元/年，用于改進CO2 EOR以促進其有效應用，增強常規(guī)殘留油區(qū)儲層中的CO2封存，并應用于非常規(guī)儲層以及不可開采的煤炭礦床和玄武巖中。建議重點研究的CO2 EOR技術(shù)包括：1）垂直和水平一致性控制，以最大程度地提高驅(qū)油效率；2）先進的非常規(guī)儲層成分建模技術(shù)，以更好地預測和增強性能。

3、碳利用技術(shù)

由于許多碳利用技術(shù)仍處于較低技術(shù)水平，路線圖建議未來10年內(nèi)對CO2利用技術(shù)的公共投入約5000萬美元/年，以支持基礎科學研究，并建議在其后5年再持續(xù)投入1億美元/年支持試點、示范項目和早期部署。建議的研發(fā)重點包括：

（1）熱化學轉(zhuǎn)化。繼續(xù)提高催化材料的選擇性、活性和穩(wěn)定性，包括理論和實驗表征。對于已證明在較低溫度范圍（如373-573K）內(nèi)具有活性、選擇性、耐水性的低成本催化劑，應關注催化劑性能的長期穩(wěn)定性以及防止失活的解決方案。CO2轉(zhuǎn)化技術(shù)的其他關鍵挑戰(zhàn)是提高對產(chǎn)物的選擇性以及催化劑對副產(chǎn)物（如水和原料中的雜質(zhì)）的穩(wěn)定性。此外還需進行更多實驗室研究和計算研究，以及中試規(guī)模的研究和開發(fā)。同時，研究開發(fā)更有效、更低成本的方法來使用可再生能源電解水制氫，對于短期內(nèi)提高CO2加氫轉(zhuǎn)化的環(huán)境和經(jīng)濟可行性也極為重要。

（2）電化學和光化學轉(zhuǎn)化。該領域的主要研究包括：開發(fā)新型催化劑以提高選擇性、活性和穩(wěn)定性；具有高耐用性和離子電導率的聚合物膜；新型電解池設計和制造。電化學和光化學轉(zhuǎn)化途徑面臨著相似的挑戰(zhàn)，但在光收集、裝置設計等方面有所不同。催化劑、膜系統(tǒng)和電解槽的規(guī)模擴大，以及高CO2溶解度的新型電解質(zhì)開發(fā)也是重要的研發(fā)領域，后者具有巨大的潛力將CO2的捕集和轉(zhuǎn)化結(jié)合到一個過程中。開發(fā)結(jié)合電化學和光化學系統(tǒng)以及熱化學和生物化學轉(zhuǎn)化途徑的復合系統(tǒng)，對于技術(shù)的變革發(fā)展非常重要。

（3）碳化與水泥。研究應關注如下方面：集成反應路徑；化學（配體）和生物催化劑（碳酸酐酶）的使用；有價值產(chǎn)品（碳酸鹽）和副產(chǎn)物（金屬和稀土元素）的創(chuàng)新分離技術(shù)等。此外，還應對各種碳化原料進行建模和實驗研究，以及對所生產(chǎn)材料的特性和性能進行測試。在較大規(guī)模的研發(fā)中，應研究用于過程強化的能源和材料集成。

（4）生物轉(zhuǎn)化。應開發(fā)利用自然陽光的藻類技術(shù)以小批量生產(chǎn)高價值保健食品，還可將當前正在商業(yè)化的人造光生物光反應器技術(shù)用于具備可再生能源電力和高效LED光源的系統(tǒng)，以生產(chǎn)營養(yǎng)保健品、蛋白質(zhì)和化學藥品。上述兩種途徑都應研究光轉(zhuǎn)換效率、選擇性以及相關反應器系統(tǒng)，以提高產(chǎn)量和降低成本。氣體發(fā)酵應關注氣相至液相中的有效傳質(zhì)和產(chǎn)物分離，應在實驗室規(guī)模和試點規(guī)模的項目中進行研究。結(jié)合不同轉(zhuǎn)化途徑的復合系統(tǒng)將是一個重要方向，如通過化學途徑將CO2轉(zhuǎn)化為C1化合物更容易，而通過生物學途徑將C1轉(zhuǎn)化至C2+化合物更容易，因此可考慮綜合上述兩種途徑的復合系統(tǒng)。此外，還應研究將波動性可再生能源整合到生物轉(zhuǎn)化系統(tǒng)中。