CCUS，厚積的爆發力

近年來，應對氣候變化、促進可持續發展的觀念越來越深入人心，各行各業也都逐漸明確了自己的溫室氣體減排目標，并且不斷探索可行的碳減排路徑，航運業也不例外。在脫碳浪潮日益洶涌澎湃的大趨勢下，CCUS技術的減排潛力再度被寄予厚望，頻頻出現在有關減排的重要討論中，成為當之無愧的行業熱詞。

CCUS發展步入新紀元

人們在討論CCUS(Carbon capture, utilization and storage)技術時，經常會用到不同的術語，例如CCS(Carboncapture and storage)和CCU(Carbon capture and utilization)。CCS是一種用于捕獲燃煤發電或其他類型的工業活動產生的二氧化碳的過程。為了防止二氧化碳進入大氣，將其從發電廠或工業活動中捕獲并永久封存起來。CCS技術主要涉及二氧化碳的捕集、運輸和封存三個步驟。CCU則涉及對捕集二氧化碳的利用，例如用來生產醇類燃料或化學品。而CCUS包括二氧化碳捕集、利用與封存各個環節，據IEA(國際能源署)稱，CCUS涵蓋了CCS和CCU以及二氧化碳利用和封存同時進行的場景，例如應用在EOR(強化采油)或建筑材料中實現部分或全部二氧化碳永久封存。將捕集的二氧化碳用于工業用途可以為CCUS設施提供潛在的收入來源，降低二氧化碳捕集成本。

CCUS這一概念雖然近幾年才引發公眾的廣泛關注，但該技術的誕生和發展卻由來已久。據全球碳捕集與封存研究院(Global Status of CCS)稱，早在20世紀30年代，碳捕獲設備就在工業界有了商業化應用，例如用于天然氣、氫氣以及其他氣體流的凈化。1952年，美國大西洋煉油公司申請了世界首個CO2-EOR(二氧化碳強化采油)專利。1970年，美國能源公司雪佛龍宣布了一項計劃，向SACROC(Scurry Area Canyon Reef運營商委員會)的CO2-EOR項目投入1.75億美元，第二年又宣布將以相同金額建造一條220英里的二氧化碳運輸管道。1972年，該項目在美國德克薩斯州西部的Kelly-Snyder油田SACROC區塊正式投產，這也是世界首次以商業規模注入二氧化碳來提高石油采收率。80年代，美國繼續建設二氧化碳運輸管道，并開始廣泛部署CO2-EOR項目，隨后該技術也在全球范圍拓展開來。隨著越來越多商業化二氧化碳驅油項目的投入運營，關于碳捕獲、利用與封存技術的研究與發展越來越深入和多元，該技術在應對氣候變化方面的潛在作用也引發了越來越多的探討。

2001年，聯合國氣候變化框架公約(UNFCCC)在其第7次締約方大會(COP7)上邀請政府間氣候變化專門委員會(IPCC)編寫一份關于碳捕集與封存的技術報告。為此，IPCC在2002年11月舉辦了一次研討會，提出了編寫二氧化碳捕集與封存特別報告的提議。經過100多位作者的共同努力，IPCC在2005年12月召開的COP11上正式將報告遞交給了UNFCCC。該報告指出，CCS是緩解氣候變化的行動組合中的一種可選方案，具有減少緩解氣候變化整體成本以及增加實現溫室氣體減排靈活性的潛力。2014年，IPCC第五次評估報告進一步總結稱，如果沒有CCUS，緩解氣候變化的成本可能會增加138%，而且如果不使用CCUS技術，可能根本無法實現氣候控制目標。IEA在其《能源轉型中的CCUS》報告中指出，CCUS緩解氣候變化的潛能在幾十年前就得到了認可，但該技術的部署卻相當緩慢，因此對于全球二氧化碳減排的影響尚且有限，其原因在于：出于商業考慮和缺乏一致的政策支持，許多計劃中的CCUS項目沒有取得進展。在沒有激勵政策或排放懲罰的情況下，CCUS可能根本沒有任何商業價值。其次，安裝基礎設施的成本過高，整合二氧化碳供應鏈中的不同要素相當困難，在某些應用中安裝或擴大CCUS設施存在技術風險，以及如何確保融資等問題都阻礙了對CCUS項目的投資。此外，一些公眾對碳封存，尤其是陸上封存的抵制也影響了該技術的應用。不過，在各國減排目標加強以及新的政策激勵措施的支持下，近幾年CCUS項目迎來了持續增長，與此同時CCUS的成本一直在下降，能夠提高CCUS經濟效益的新型商業模式已經出現，相關技術正在進步，吸引了越來越多決策者和投資人的興趣，CCUS的發展已然步入新的紀元。

CCUS如何與海洋結緣

全球碳捕集與封存研究院發布的《2021全球CCS現狀》報告顯示，僅在過去一年中，全球二氧化碳存儲容量就上漲了32%，目前共有135個商業CCS設施(其中27個已全面投入運營)，覆蓋水泥、鋼鐵、氫氣、發電和直接空氣捕集等不同行業領域。對捕集二氧化碳進行利用的設施也在增加，而且對EOR的依賴正在顯著降低，據IEA稱，目前計劃中的CCUS項目與EOR相關的不到一半，近三分之一的計劃項目將開發具有共享二氧化碳運輸和儲存基礎設施的工業CCUS中心。盡管之前大部分CCUS項目捕集的二氧化碳主要封存在陸地上，但海洋環境也是一個很有吸引力的封存選址。當下，全球范圍內已經有一些海上碳封存項目獲得投資或者正在運營，尤其是在北海地區。海上碳封存的可行性已得到驗證，1996年，挪威能源巨頭Equinor公司在其位于北海的Sleipner油田啟動了全球首個二氧化碳捕集與封存項目，從該油田的天然氣中捕集的二氧化碳被封存在海床以下1000米處的砂巖儲層中。自2008年以來，從Snøhvit和Albatros油田捕集的二氧化碳經過壓縮后被運回封存在咸水層。這個工業規模的示范項目已被視為行業最佳實踐，Sleipner的經驗還被用于指導制定關于二氧化碳地質封存的歐盟指令，也用于修訂《倫敦議定書》和OSPAR公約，以允許在海上地質構造中儲存二氧化碳。

日益緊迫的減排壓力是CCUS發展勢頭增強背后的一個重要推力。嚴格的氣候控制目標催生了各種各樣的新型減排方案，CCUS正是其中之一。隨著越來越多國家相繼制定碳中和戰略，CCUS所扮演的重要角色也將愈加凸顯。在這樣的背景下，各行各業也不得不加快探索適合自己的脫碳路徑，CCUS也為難以減排的海運行業提供了合規的可行選項。IEA認為，CCUS必須同基于可再生能源的電氣化、生物能源以及氫能一起成為全球能源轉型的四大關鍵支柱，而且它也是為數不多的幾個能夠幫助航運業這樣的長途運輸脫碳的選項之一。為了滿足日益嚴格的減排法規要求，航運業正在積極研究如何利用CCUS技術減少船舶碳排放，因此船載CCUS系統應運而生。

據中國船級社上海規范研究所法規與綠色技術研究部主任簡炎鈞介紹，船載CCUS系統主要由二氧化碳捕獲、提純液化、存儲與轉移四個模塊構成。首先，船上尾氣進入捕獲模塊分離出二氧化碳，然后在提純液化模塊對捕獲的二氧化碳進行降溫、壓縮、干燥提純、制冷后轉化為液態二氧化碳，提純液化后的二氧化碳再輸送到存儲模塊。對于捕集儲存的液態二氧化碳通過轉移模塊，可以在港口直接過駁給二氧化碳運輸船，或在專業港口進行卸載，提供給處理工廠用于堿、醇等化工品的原料或地質、生物利用，也可以制成干冰在指定海域投入海底封存。船舶二氧化碳主要來源于發動機和燃油鍋爐排放的尾氣，二氧化碳濃度和分壓較低較，一般采用化學吸收法，其原理為通過吸收液的溫度變化來實現二氧化碳的吸收和釋放，從而實現將二氧化碳從尾氣中分離捕獲。其主要流程為在吸收單元，吸收劑與尾氣中的二氧化碳發生化學反應形成穩定的液體中間化合物，然后在分離單元，將中間化合物加熱到一定溫度后釋放出二氧化碳氣體，同時還原的吸附劑降溫后返回吸收單元，由此不斷循環，實現二氧化碳的分離捕獲。目前，航運業已經開展了不少船上應用CCUS技術可行性的研究和示范項目驗證。

CCUS海上應用遍地開花

隨著二氧化碳海上運輸與封存的技術和商業應用越來越成熟，以及CCUS對航運減排的作用越來越受重視，該技術與海洋產業的聯系日益緊密，海上 CCUS項目以及船載碳捕集研發也在全球范圍內如火如荼地鋪展開來。2016年，恰逢Sleipner油田的CCS項目運行20周年，Equinor聯合挪威科技工業研究院(SINTEF)等機構成立了二氧化碳封存數據聯盟，旨在通過開放數據共享來推動CCS技術的創新和發展，并于2018年啟動了二氧化碳數據共享(CO2 DataShare)計劃。2021年3月，由Equinor、殼牌和道達爾共同投資的“北極光”二氧化碳運輸和儲存項目的開發計劃經過數年籌備終于獲得挪威石油和能源部批準。“北極光”項目是挪威大型CCS項目“Longship”的一部分，將從工業中捕獲二氧化碳，并通過液態二氧化碳運輸船將其從捕獲地點運輸到挪威西海岸的陸上終端，然后再通過管道輸送到北海進行海底封存。該項目預計將從2024年開始運營，一期工程計劃每年封存150萬噸二氧化碳，后續逐步增加容量。此外，還有英國的Acorn、HyNet North West與荷蘭的Porthos項目涉及到海上碳封存。

除了歐洲之外，亞洲、澳洲和美洲等地區也在積極部署海上CCUS項目。2021年8月，中國海洋石油集團有限公司對外宣布，我國首個海上二氧化碳封存示范工程在南海珠江口盆地正式啟動，該項目將把海上油田開發伴生的二氧化碳永久封存于800米深海底儲層，每年封存約30萬噸、總計超146萬噸。日本在2016年啟動了Tomakomai CCS示范項目，每年將捕集10萬噸二氧化碳并封存在Tomakomai港區的海上儲層中。澳大利亞早在2009年就設立了CarbonNet項目，計劃每年在澳大利亞東南沿海的巴斯海峽封存500萬噸二氧化碳，預計到2030年投入使用。而美國也在探索在墨西哥灣開展海上碳封存項目，2021年，�？松�美孚宣布將建造價值1000億美元的CCUS樞紐，捕集并利用管道將二氧化碳運輸到墨西哥灣進行海上封存。

與此同時，在CCUS的船上應用方面，航運業也在大力投入研發。2019 年，NYK Line、Teekay、Knutsen OAS、Vale等領先的船東和租船人在丹麥海事發展中心開展了名為DecarbonICE的船上碳捕集與儲存解決方案研究。該項目將以低溫過程捕獲船舶廢氣中產生的二氧化碳，并將其轉化為干冰，在船上將干冰輸送到海底沉積物中永久封存。2020年，三菱造船與川崎汽船、日本海事協會合作開展了“CC-Ocean”海洋碳捕獲項目，以驗證船載二氧化碳捕集系統的可行性。該項目在“CORONA UTILITY”號運煤船上安裝了一個小型二氧化碳捕獲裝置，用于從船舶發動機排放的廢氣中分離并捕獲二氧化碳，這是世界首次商船運營期間的碳捕集操作。芬蘭洗滌塔制造商瓦錫蘭也關注到了在船上廢氣排放點進行碳捕集的潛力，其初步發現表明，在船上進行碳捕獲和封存“在技術上是可行的”，該公司正在開展相關測試。

此外，油運公司Stena Bulk與石油和天然氣氣候倡議(OGCI)組織也在2021 年合作開展了一項研究，旨在探索在大型商船進行碳捕集的潛力。研究結果表明，大型油輪實施碳捕集和儲存在技術上是可行的，實施CCS技術的最大挑戰可能是安裝和運營成本，儲罐、壓縮機和其他設備會產生巨大的前期資本支出。同時運行CCS系統需要耗費大量能量，因此運營費用也會增加。然而，研究也指出，這些挑戰并非無法克服，如果采用與碳捕集和儲存技術兼容性良好的發動機，這些成本可以大大降低。同時，荷蘭海事技術公司Value Maritime宣布開發了一種船載二氧化碳捕集和儲存解決方案，該方案通過二氧化碳捕集模塊從船舶廢氣中捕集二氧化碳，并將其填充到二氧化碳 “電池”中，二氧化碳“電池”指的是一種可以無限次充放二氧化碳的儲存設施。Value Maritime的首個二氧化碳捕集模塊和二氧化碳電池于2021年10月在Visser Shipping旗下的一艘1040TEU集裝箱船Nordica上進行安裝使用。隨著二氧化碳捕集模塊和二氧化碳電池安裝上船，Value Maritime成為了全球首家在運營船舶上安裝碳捕集和儲存設施的公司。