气候变化是实现全球可持续发展的巨大阻碍，减少温室气体排放已成为国际社会的共识[1]．碳捕集利用与封存(CCUS)技术是目前唯一能够实现化石能源低碳利用、实现火电、水泥、钢铁等工业过程低碳排放的关键技术，其基本原理是将二氧化碳(CO2)从工业过程源和排放源中分离后直接加以利用或封存，以实现碳减排．政府间气候变化专门委员会(IPCC)第五次评估报告认为，如果没有CCUS，那么绝大多数气候路线都不能实现1.5 ℃/2 ℃温控目标[2]；国际能源署(IEA)报告强调在本世纪末1.5 ℃的温控目标下，CCUS技术的部署可以实现32%的碳减排量[3]．我国作为全球第一大碳排放国，高度重视CCUS技术发展与应用．2006年以来，国务院同国家发展和改革委员会、工业和信息化部、科学技术部等国家部委，先后制定并发布了一系列与CCUS有关的国家政策和发展规划．《“十四五”规划和2035年远景目标纲要》中指出要把CCUS作为重大示范项目进行引导支持，《中共中央、国务院关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》首次将CCUS列为实现“双碳”目标的重要技术手段，未来CCUS技术将在我国实现碳中和目标、保障能源安全等方面中发挥不可或缺的作用．根据2020年中国细分行业碳排放数据，火电、钢铁和水泥行业碳排放总和约占全国碳排放总量的70%[4]，高质量低碳发展以实现以上典型行业的碳减排是我国如期实现双碳目标的重要基石．本研究围绕碳达峰、碳中和约束，对我国火电、钢铁和水泥三大典型行业CCUS技术现状、发展潜力等进行综述．1 CCUS技术CCUS过程可以分为碳捕集、运输、利用与储存．根据能源系统与CO2分离过程之间集成方式的不同，CCUS捕集技术可以分为燃烧前捕集、燃烧后捕集和富氧燃烧．燃烧前捕集系统相对复杂，主要应用于整体煤气化联合循环发电系统(IGCC)和部分化工过程．具体流程为：在IGCC电站中加入水煤气变换单元，使煤气中的CO与水蒸气反应生成CO2和H2，而后对其中的CO2进行分离．燃烧后捕集发展相对成熟，这得益于能源系统与CO2分离单元的集成方式较为简单，具体过程是在烟气释放到大气之前，从富含N2的气体中分离并捕获CO2，可用于大部分火电厂、水泥厂和钢铁厂的脱碳改造．富氧燃烧技术发展迅速，通过加装空气分离装置提纯高浓度O2，煤粉在高纯氧中燃烧实现CO2富集，该技术可广泛用于新建燃煤电厂以及部分改造后的火电厂．其中，燃烧前和燃煤后捕集须将CO2从空气或烟气中分离，常见的CO2分离方式包括吸收、吸附、矿化、膜分离、低温分离和使用燃料电池进行电化学分离等．富氧燃烧与前两种方式的不同点在于，不需要单独的CO2分离装置，而是通过降温冷凝等方式实现CO2分离．此外，还有各种新型CO2捕集方式不断涌出，化学链燃烧技术(CLC)因其在节能和减少CO2排放方面的独特能力而备受关注[5]．捕集后形成的CO2流经压缩后运输至利用或封存场地，目前，常见的CO2运输方式有管道、船舶、铁路和公路等，在大规模长距离运输的情景下，管道运输被认为是最经济、可靠的运输方式．CO2利用与封存方式包括地质利用、化工利用、生物利用等．地质利用指将CO2注入地下，强化石油、煤层气、页岩气、深部咸水、地热、天然气、铀矿地浸等能源和资源开采过程；化工利用是以化学转化为主要手段，将CO2和共反应物转化成目标产物，实现CO2资源化利用的过程；CO2生物利用是以生物转化为主要手段，将CO2用于生物质合成，主要产品有食品和饲料、生物肥料、化学品与生物燃料和气肥等．CO2地质封存是指通过工程技术手段将捕集的CO2储存于地质构造中，实现与大气长期隔绝．按照封存地质体的特点，主要分为陆上咸水层封存、海底咸水层封存、枯竭油气田封存等．在我国已有CCUS项目中，14个涉及燃煤电厂、钢铁厂、水泥厂的纯捕集示范项目总体CO2捕集规模达6.6×105 t/a，如表1所示．10.13245/j.hust.238975.T001表1中国火电、钢铁、水泥行业CCUS示范项目行业项目名称捕集技术运输方式封存或利用方式投运年份捕集规模/(104t∙a-1)2021年状况火电华能高碑店电厂燃烧后(化学吸收)20080.3已停运火电华能石洞口电厂燃烧后(化学吸收)工业利用与食品加工200912.0间歇式运行火电中电投重庆双槐电厂碳捕集示范项目燃烧后(化学吸附)用于焊接保护、电厂；发电机氢冷置换等20101.0运行中火电中石化胜利油田CO2提高石油采油率项目燃烧后(化学吸收)罐车强化采油20104.0运行中火电连云港清洁能源动力系统研究设施燃烧前管道放空20113.0运行中火电国电集团天津北塘热电厂燃烧后(化学吸附)罐车食品应用20122.0运行中火电华能长春热电厂燃烧后捕集项目燃烧后20140.1间歇运行火电华中科技大学35 MW富氧燃烧示范富氧燃烧罐车工业应用201410.0运行中火电华能绿色煤电IGCC电厂燃烧前(化学吸收)罐车放空201510.0验证完毕，停止封存火电华润电力海丰碳捕集测试平台燃烧后(胺吸收和膜分离法)工业利用与食品加工20192.0运行中火电国家能源集团国华锦界电厂捕集与封存全流程示范项目燃烧后(化学吸收)强化采油202015.0运行中钢铁西昌CO2矿化利用脱硫渣工业装置工业利用20201.5运行中水泥北京琉璃河水泥窑尾烟气碳捕捉及应用项目燃烧前罐车工业利用20170.1运行中水泥海螺集团芜湖白马山水泥厂CO2捕集与纯化项目燃烧前(化学吸收)罐车市场销售20185.0运行中2 火电行业CCUS技术发展现状CCUS作为目前唯一能够实现化石能源大规模低碳化利用的减排技术，是实现火电行业化石能源净零排放的重要基石．火电CCUS技术的大规模部署可减少大量火电行业基础设施建设的搁浅成本，不仅可以避免已经投产的机组提前退役，而且还能减少因建设低碳电力基础设施造成的额外投资，降低实现碳中和目标的经济成本，是我国火电行业实现碳中和的必然选择[7-8]．2.1　火电行业CCUS研究现状燃煤电厂尾气具有烟气量大、温度高、CO2分压低和含量低等特点．现有研究主要聚焦于火电CCUS技术研发、经济性研究和环境评价等方面．在技术研发方面，燃烧前捕集技术中最常用的捕集方式为物理吸收法，由于物理吸收过程存在压力依赖性，在CO2分压较高的情况下，相对于其他捕集方式会表现出更好的性能[9]．但物理吸收法也存在一些不足，如低温下的有效性差等；离子液体吸收法以其对CO2溶解度高、绿色环保、容易再生等优势，被认为是一种具有广阔应用前景的技术[10-11]．燃烧后CO2捕集技术可用于绝大部分燃煤电站，其中最成熟的捕集技术是化学溶剂吸收法[12]，单乙醇胺(MEA)可捕获烟道气流中85%~90%的CO2，该技术发展的限制因素之一在于其对燃煤电厂造成了较高的能耗损失[13]．富氧燃烧作为最具潜力的碳捕集技术之一，可满足现有或新建电厂CO2近零排放需求[14-15]．以O2替代空气作为氧化氛围，燃烧后烟气中CO2浓度可达到95%以上，无须进一步分离即可实现碳捕集．但该技术须对空气进行分离获取高浓度O2，目前膜分离、吸收、化学循环和O2解耦等方式被广泛应用于O2制备[16]．一些学者从技术经济性和环境影响潜力等角度对燃煤电厂CCUS进行了详细分析．Budinis等[17]发现技术成本是中短期内CCUS大范围推广应用的最大障碍，引起了许多学者对CCUS成本效益的研究兴趣．传统的CCUS激励政策主要依靠于财政补贴，Yang等[18]提出通过增加火电厂电力配额以支持CCUS项目在中国的发展，若电力配额达到7 000 h/a，则CCUS改造后的燃煤电厂的平准化度电成本与传统燃煤电厂相同．同时，相较于常规火电厂，碳捕集电厂灵活性强，可运行区间大，将对传统电力系统规划与运行等方面带来新的影响[19]．在环境影响评价方面，部分学者指出CCUS技术在电力部门的大规模应用会增大能耗与水耗，燃烧后捕集系统能耗消耗较大，导致动力系统的发电效率下降[20-21]．IEA[22]核算出燃煤发电厂经过CCUS改造后的冷却水需求量约是传统发电厂的两倍；Zhu等[23]对中国采用富氧燃烧改造的600 MW煤电厂水耗进行计算，电厂采用循环冷却或直流冷却的耗水量将分别增加25.87%和16.55%．2.2　火电行业碳捕集节能优化技术研究进展燃煤烟气组分复杂且CO2压力低，为降低CCUS碳捕集能耗，工艺参数优化、工艺流程改进、吸收剂改进及新能源耦合等节能优化方式被广泛应用于火电行业[24]．在工艺参数优化中，Oh等[25]通过对CCS燃煤电厂进行综合设计，优化系统参数，将能源消耗降低了10%以上．基于工艺流程改进，Ouyang等[26]利用燃煤电厂的烟气余热设计了一种基于低品位余热的新型能源自给式碳捕集系统．在富氧燃烧技术中，系统制氧的成本较高，Shin和Kang[27]建议用离子传输膜来替代空气分离装置，以降低传统空气分离装置的能耗．Abu-Zahra等[28]证实，提高吸收剂的浓度可减少CCS燃煤电厂能量需求，当MEA质量分数达到40%时，CO2捕集系统能源消耗降低至3.0 GJ/t CO2．此外，新能源与CCUS耦合为碳捕集节能优化提供技术发展新思路．杨宁等[29]提出槽式太阳能集热器直接加热吸附剂的改进型方案．Milani等[30]设计了一种用于溶剂再生的太阳能汽提塔装置，以取代从汽轮机中抽取大量的蒸汽的技术手段．2.3　我国火电行业CCUS项目发展潜力研究我国长期以火电为主力电源．在后疫情时代，中国提高了煤电行业的投资以促进经济增长．根据中国电力企业联合会的预测，中国仍在努力争取于2030年达到煤电装机容量的峰值，约为1 300 GW．因此，火电如何在其生命周期内变“绿”是实现低碳转型的重点和关键．多项研究报告指出：虽然我国未来火电的占比将会减少，但能源结构很难在短时间内发生根本性变化，火电仍将起到主导作用．火电行业具有较大的碳减排潜力，CCUS技术将对未来的该行业碳减排产生深远影响．魏宁等[31]采用系统评估方法对国家能源集团下属燃煤电厂开展了分析，结果表明：在捕集率50%、250 km运输距离匹配情景中的全流程CCUS项目平准化净减排成本低于50 美元/t CO2，每年可减排CO2约5.1×107 t．Lu等[32]对中国燃煤发电技术转型进行详细的生命周期分析，发现当使用35%生物质和煤炭混燃，同时采用CCS技术对烟气进行处理，可以实现该系统生命周期内净零碳排放．李政等[33]围绕2 ℃/1.5 ℃目标下中国电力行业的低碳转型开展模拟研究，在2050年火电总容量保留265 GW的情况下，使用CCS技术仍可满足1.5 ℃情景中2050年净零排放目标．Wei等[34]提出实现2 ℃温控目标的全球CCUS布局方案，得出CCUS技术可在2050年前为中国燃煤电厂捕集7.47×109 t CO2．未来，CCUS技术在火电行业的碳减排贡献量将随着我国电力总体需求的增加、低碳转型进程的加快而逐渐增大．因此，在双碳目标实现初期，CCUS技术在火电行业的布局可助力电力部门较早进入加速减排阶段[35]．2.4　我国火电行业CCUS项目布局现状2007年，华能北京高碑店热电厂建成了我国第一个燃煤电厂燃烧后捕集示范项目，CO2捕集量仅为3 000 t/a．2009年，华能集团在上海石洞口热电新建的超超临界机组上安装碳捕集装置，CO2捕集量1.2×105 t/a．2019年，广东省碳捕集测试项目在华润电力海丰电厂正式投产，标志着亚洲首个基于超超临界燃煤发电机组的碳捕集技术测试平台正式投入运行．2020年，国能锦界燃煤电厂CCUS全链条示范项目全面启动，采用先进化学吸收法工艺，集成了级间冷却、分流解吸、蒸汽机器再压缩等多种高效节能工艺，CO2捕集装置规模到达150 Mt/a，再生热耗2.4 GJ/t CO2[36]．华能天津IGCC示范项目建成全球首个年CO2捕集量1.0×105 t的燃烧前CO2捕集示范装置，捕集系统的单位能耗1.907 GJ/t CO2[37]，但下游配套工艺中存在富氢气体的燃烧发电问题，须进一步突破富氢燃机或燃料电池等新型发电技术难题．国内吸附法处于千吨级中试示范阶段，膜分离法尚无中试验证，煤粉富氧燃烧技术已完成实验室研究，建成并投运了3 MW和35 MW等级全流程试验平台，初步实现了高浓度CO2的捕集，完成了200 MW等级示范电站的概念设计．国内已建成1 MW等级全流程循环流化床富氧燃烧中试实验平台，可实现50% O2浓度(体积分数)的连续稳定运行．目前，我国尚无百万吨级燃煤电厂CO2捕集示范工程，大规模系统集成改造仍缺乏工程经验．3 钢铁行业CCUS技术发展现状钢铁行业是典型的能源、资源密集型产业，煤炭消耗占钢铁生产过程总能耗的比重较大．随着我国钢铁产量的不断增加，钢铁行业的碳排放也在也越来越高，未来钢铁行业应加快节能降耗脚步，大力推广和发展低碳技术，实现CO2减排目标．3.1　钢铁行业CCUS研究现状目前，炼钢生产工艺根据原理不同主要分为两类：第一类将铁矿石还原为粗钢，主要包括高炉-转炉炼钢(BF-BOF)和直接还原铁-电弧炉(DRI-EAF)，第二类为以废钢为原料的电弧炉炼钢(EAF)[38]．不同生产路线的钢铁生产碳强度差异很大，每生产1 t粗钢BF-BOF路线排放1.7~1.8 t CO2，煤基DRI-EAF路线排放2.5 t CO2，EAF路线排放0.4 t CO2[39-40]．我国90%的粗钢通过常流程BF-BOF工艺进行生产[41]．BF-BOF工艺中，高炉生产铁需要铁矿石与还原剂(如炼焦煤)发生反应，炼铁过程产生的CO2排放约占总排放量的70%[42]．此外烧结机、焦炉、热炉中碳质材料和含碳气体，如鼓风炉煤气、焦炉煤气等的燃烧反应也会带来较多的低浓度CO2排放[43]，约为总排放量的30%．因此大型综合钢铁厂通常须设置多个碳捕集点或采用烟道将CO2汇合后整体捕集．对于采用直接还原路线的钢铁厂来说，应用CCUS技术较为简易，因为其生产过程中已包含CO2分离过程，且经过压缩后排出CO2浓度较高，无须额外增加碳捕集设备．在我国，钢铁产业作为中等浓度CO2源，可采用燃烧前捕集(材料与燃料脱碳)和燃烧后捕集(排气处理)[44]．目前，钢铁行业中主流的CCUS技术是将焦化和高炉炼铁尾气燃烧后捕集CO2，燃烧后捕集技术包括化学吸收、物理吸收和膜分离等[45]．但高昂的成本始终是CCUS发展的限制因素之一，因此对我国钢铁行业进行CCUS改造的经济性评价尤为重要．Ren等[46]归纳总结了我国钢铁行业技术改造方案的成本效益，发现在钢铁行业中实施CCUS技术的平均成本为65 美元/t CO2．此外，Ding等[47]以宝钢(湛江)工厂为研究目标，假设启动一个捕获能力为5.0×105 t CCUS项目，其改造成本约6 500万元．相比于其他钢铁行业低碳发展技术，CCUS技术减排成本较低，在我国钢铁工业能够充分发挥节能和减排的效果，具有极大的发展潜力．3.2　钢铁行业碳捕集节能优化技术研究进展目前，我国钢铁行业能耗强度高于国际先进水平10%~20%，减少能源消耗是钢铁行业CCUS技术发展的难关之一[48]．在燃烧后捕集过程中，化学溶剂是最适合深度去除CO2的方法．但使用MEA溶剂吸收高炉气中的CO2，会存在设备腐蚀、CO2负载量低、溶剂再生需要消耗大量的能源等缺点[49]，Rhee等[50]改用氨水溶剂捕获CO2，其CO2负载能力是MEA的3倍．此外，由于钢铁的炉渣中含有大量碱土金属氧化物，因此利用烟气对炼钢炉渣进行碳化成为了有效选择[51]，CO2矿物碳酸化反应技术可以对现有的钢铁厂进行直接改造，有效降低碳捕集能耗[52-53]．例如，de Carvalho等[54]提出利用钢渣和钢铁工业产生的余热将CO2转化为高纯度的碳酸钙，高效节能使其在钢铁行业的CCUS技术中较有前景．3.3　我国钢铁行业CCUS项目发展潜力我国是全球最大钢铁生产国，国内钢铁产量约占全球总产量的1/2，在经历2013—2016年停滞之后，2017—2019年的产量每年增长6%~8%，2020年粗钢产量为1.065×109 t ，占全球产量56.76%[55]，钢铁行业总碳排放量达1.8×109 t ，约占全国碳排放总量的15%，在第二产业中仅次于火电，因此钢铁工业的低碳任务十分艰巨[56]．《2030年前碳达峰行动方案》中也明确指出要大力推动钢铁行业碳达峰，探索开展氢冶金、CO2捕集利用一体化等试点示范．因此，针对我国钢铁工业特点，须加快技术改造和生产流程优化的脚步，提高能源利用效率；同时可以通过改变钢铁行业能源结构，使用碳强度较低的能源/还原剂实现温室气体减排；此外还应积极着手开展废气中CO2的捕集和循环利用，实现钢铁行业的深度脱碳[57]．部分学者对我国钢铁行业耦合CCUS技术生命周期内的碳减排潜力进行了初步核算．Chisalita等[58]围绕综合钢厂开展了生命周期碳足迹研究，结果表明将CCUS技术纳入钢铁生产路线可降低钢铁生产系统47.98%~75.74%的温室气体排放．Ren等[46]基于生命周期分析方法，研究了我国钢铁行业实现温室气体减排的技术方法和策略，结果表明：CCUS和氢能技术的应用相比于常规手段可以至少降低钢铁行业37%的碳排放，实现钢铁行业80%~95%碳减排．Samantha等[59]评估了BECCUS技术耦合钢铁行业的脱碳潜力，证实钢铁行业在生命周期内实现负碳排放是可行的．3.4　我国钢铁行业CCUS项目布局现状我国钢铁行业CCUS示范项目目前仍处于起步阶段，2020年在西昌投运的CO2矿化脱硫渣关键技术与万吨级工业试验项目对钢铁企业烧结烟气进行捕集与矿化利用[60]．2021年2月，中国钢铁工业协会发布倡议书，提出进一步加强钢铁行业CCUS等低碳技术的创新研发应用．河钢集团预计于2030年前完成钢厂CCUS示范项目建设[61]．4 水泥行业CCUS技术发展现状水泥工业作为能源密集密集型产业，面临的减排压力非常严峻．由于水泥行业流程简单，烟道单一，能够捕获的CO2比例很高[62]，CCUS在水泥行业的应用前景十分广泛．4.1　水泥行业CCUS研究现状水泥生产中约60%的CO2排放由煅烧过程产生，这一过程的主要排放源自水泥生产的中间产品——熟料生产(石灰石是主要原料)，约30%的CO2排放来自于窑炉中的燃料消耗[63-64]．水泥生产过程中，水泥窑排放尾气中CO2浓度(体积分数)为20%~30%．作为低浓度碳源，燃烧后捕集和富氧燃烧是水泥行业CCUS技术应用中较为普遍的方式．燃烧后捕集是一项相对成熟的技术，现有工厂所需的改造量较少[65]，该技术主要利用胺溶液等液体吸附剂对CO2进行化学吸收，或通过钙循环过程捕获CO2[66]．Dean等[67]发现利用钙循环捕集方法得到水泥熟料的化学成分随循环次数的变化而变化．由于水泥产品化学成分的变化可能会带来潜在不利的影响，因此水泥行业对可能影响熟料成分的新技术持谨慎态度[62]．Cloete等[68]提出使用摆动式吸附反应器集群(SARC)实现水泥行业脱碳，该过程无须与主工艺结合，只须消耗电能．富氧燃烧技术通过大幅提高水泥窑中的O2浓度，减少加热N2的损耗，从而提高生产效率[69]．欧洲水泥研究院(ECRA)[70]的报告指出：在水泥行业使用富氧燃烧技术具有优势，富氧燃料的使用对熟料成分没有不利影响，其熟料产品与传统熟料没有显著差异．部分学者从技术经济性角度分析了水泥行业的CCUS技术，结果表明：为了补偿CCUS安装运行的额外成本，须征收较高的碳税或提供公共财政支持[71-72]．IEA估计，水泥行业CCUS的额外成本约为8 000亿美元[72]．在工业化国家，每吨CO2的减排成本为80~130美元[73]，Zhou等[74]研究表明，中国从水泥生产中捕获CO2的成本比燃煤电厂低5%~20%．征收碳税或纳入碳市场是促进水泥行业提高能效的有效措施，该措施的实行将导致水泥行业CO2间接排放所占份额将增加，直接排放所占份额将减少[75]．4.2　水泥行业碳捕集节能优化技术研究进展对于碳捕集技术来说，捕集技术的能耗强度是衡量技术优劣的重要指标．水泥窑窑尾烟气适合使用燃烧后捕集方式，其中胺基吸收法被认为最具商业应用价值，但胺溶液再生的能耗高达4 MJ/t CO2，难以大规模应用．使用钙循环技术可有效降低能源需求和成本，对于相同的捕集效率85%，钙循环捕集的能量效率几乎是使用MEA的两倍[76-78]．Lena等[79]对水泥厂CO2捕集的两种钙循环工艺进行技术-经济分析，得出综合钙循环系统较尾端钙循环系统可显著降低燃料消耗量；同时，有学者指出氢氧化铵溶液也可用于水泥行业CO2捕集，再生能耗仅为铵溶液的一半[80]．Wang等[81]提出一种新型的水泥厂脱碳系统，通过利用其自身的旋风预热器废气和熟料冷却器排出的气体余热进行发电，同时回收脱碳过程中的余热用于加热和冷却，可有效减少外部能源消耗．4.3　我国水泥行业CCUS项目发展潜力我国是最大的水泥生产国，约占全球总产量的55%，2020年我国水泥产量2.39×109 t，排放CO2约1.466×109 t，约占全国碳排放总量的14.3%[82]．水泥行业作为高排放行业之一，即将被纳入全国碳排放交易市场进行管理．高排放行业必须承担更多的碳减排义务，因此寻找切实可行的碳减排路径已经迫在眉睫．朱淑瑛等[83]运用边际减排成本曲线(MACC)方法详细计算了不同技术发展趋势下水泥行业的减排潜力，并得出以下结论：CCUS未来减排潜力较大，是实现净零排放的重要减排手段，减排的最佳路径是以CCUS为主的技术组合．Zhou等[74]认为我国应以水泥行业为部署CCUS技术的重点，到2030年，在研究情景下CCUS可以使水泥生产的排放量减少57%．Zhang等[84]基于中国的实证背景，在满足未来水泥产品需求的基础上，综合评价了能效提升、新型燃料替代、原料替代和CCS技术改造4种绿色转型措施的节能减排潜力，结果表明：与现行政策实施情况相比，2050年实现30%的水泥系统CCUS应用就可减少水泥行业24.27%的CO2排放量．因此，针对水泥行业CCS技术的减排潜力是巨大的，但根据不同情景设置，2030年CCUS技术的减排贡献是27.6%，减排成本是93.9%．相比于其他减排手段，CCUS技术的减排成本最为昂贵[85]．CCUS技术的成熟与否会直接影响未来水泥产业的CO2排放水平，因此须加强对水泥行业CO2捕获试点和示范项目的资金支持，推进水泥CCUS技术示范项目建设工程实施[86]．4.4　我国水泥行业CCUS项目布局现状尽管水泥行业的CO2排放模式为低成本的CCUS应用提供了机会，但我国目前相关的CCUS示范性项目依旧较少．2018年10月，海螺集团在芜湖白马山水泥厂的一条年产5×104 t高品质级CO2示范线建成投运，投资达5 000万元，采用化学吸收法捕集CO2，得到纯度为99.9%以上的工业级和纯度为99.99%以上的食品级CO2液体，分别送至储罐中贮存，填补了国内水泥工业CCUS技术的空白[87]．北京琉璃河水泥窑建立了一个对尾烟气进行碳捕捉及应用的项目，使用了燃烧前捕集技术，但捕集规模仅有1 000 t/a．CCUS技术的大规模商业化应用是水泥工业碳中和目标实现的关键，因此未来还需要更多的示范性项目累计经验．5 我国典型行业CCUS技术发展建议a．进一步加强技术研发，降低碳捕集能耗．持续对火电、钢铁、水泥行业CCUS适用技术(见表2)开展技术研发与推广应用．加速新一代高碳容、低能耗的相变吸收剂、催化吸收剂等捕集吸收剂与耐磨损的有机胺负载吸附剂、钙基、钠基等功能化吸附材料研发．改进工艺设备，配套多梯级热能利用技术，研制大通量、高传质效率反应器，探索CCUS与新能源耦合的负排放技术、氢能技术结合的新技术系统等前沿新技术．10.13245/j.hust.238975.T002表2中国火电、钢铁、水泥行业CCUS适用技术行业CO2源捕集方式CO2分离技术火电低浓度燃烧前物理吸收法、化学吸收法等燃烧后吸收法、吸附法、膜分离等富氧燃烧常压、增压、化学链等钢铁中等浓度燃烧前化学吸收法、物理吸附法、膜分离等燃烧后吸收法、膜分离等水泥低浓度燃烧后吸收法、吸附法、直接分离等富氧燃烧钙循环等b．进一步强化碳核查机制，梳理典型行业碳排放现状，细化火电、钢铁、水泥行业减排技术方案，对典型行业CCUS技术研发、示范项目给与专项资金扶持．建议通过政府基金、绿色信贷、绿色债券、财政贴息、碳减排支持工具等方式，加强对企业利用CCUS的支持，降低其运营成本．对典型行业CCUS示范项目提供投资补贴(高于常规投资的部分)，并根据项目的实际绩效(如捕获技术效率)实施附加补贴．运行补贴机制的设计应与国家碳市场进展协调．在碳市场价格低于CCUS碳捕获成本的时期，在CCUS项目的碳减排收益之上按真实成本提供按碳捕获量的电价补贴．c．进一步推进CCUS全链条集成示范及商业化应用，在“十四五”时期优先补齐CCUS技术环节示范短板，完成各典型行业全链条示范项目建设．加快CCUS管网规划布局和集群基础设施建设，完善财税激励政策和法律法规体系，支持火电、钢铁、水泥等相关行业开展CCUS产业示范区建设，逐步将CCUS技术纳入我国战略性新兴产业序列．6 结论我国双碳目标的实施过程也是典型行业贯彻新发展理念、推动高质量发展的转型过程，须从能源结构调整、产业结构优化、低碳技术推广、政策体制完善等多个方面形成合力．对于我国来说，碳减排时间紧、强度大，因此必须采用组合技术保障目标实现．发展CCUS技术是在我国能源结构以煤为主的现实背景下有效控制温室气体排放，实现降碳目标的一项重要举措．CCUS技术的利用能够推动并保障火电、钢铁和水泥行业低碳化转型，为我国碳中和目标的如期实现提供切实保障．在与新能源优化组合方面，CCUS可以使化石能源与新能源实现竞合关系，为经济社会发展、能源安全和双碳目标的实现提供支撑．未来CCUS技术研究重点应该放在以下几个方面．a．CCUS技术研究与优化是典型行业应用基础．针对不同行业的技术特性和发展要求，须识别各阶段行业须重点开展的关键CCUS技术，实现关键技术的重点研究与应用．b．CCUS技术的经济性发展是在典型行业应用前提．在双碳目标的推动下，须开展CCUS关键技术的全面分析和成本评价，预测在政策发展、产业成熟等影响下CCUS技术经济可行性变化曲线，实现宏观政策与技术发展经济性的双向反馈机制，确保典型行业CCUS应用的健康发展．c．CCUS技术的环境影响优化是典型行业可持续运行的保障．“绿水青山就是金山银山”的绿色发展论断是我国社会经济发展的基本导向．因此，在CCUS关键技术的开发应用阶段，须开展技术环境影响评价与多目标协同优化，从而保障我国典型行业的绿色可持续发展．