近年來，應(yīng)對氣候變化、促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展的觀念越來越深入人心，各行各業(yè)也都逐漸明確了自己的溫室氣體減排目標(biāo)，并且不斷探索可行的碳減排路徑，航運(yùn)業(yè)也不例外。在脫碳浪潮日益洶涌澎湃的大趨勢下，CCUS技術(shù)的減排潛力再度被寄予厚望，頻頻出現(xiàn)在有關(guān)減排的重要討論中，成為當(dāng)之無愧的行業(yè)熱詞。

CCUS發(fā)展步入新紀(jì)元

人們在討論CCUS(Carbon capture, utilization and storage)技術(shù)時，經(jīng)常會用到不同的術(shù)語，例如CCS(Carboncapture and storage)和CCU(Carbon capture and utilization)。CCS是一種用于捕獲燃煤發(fā)電或其他類型的工業(yè)活動產(chǎn)生的二氧化碳的過程。為了防止二氧化碳進(jìn)入大氣，將其從發(fā)電廠或工業(yè)活動中捕獲并永久封存起來。CCS技術(shù)主要涉及二氧化碳的捕集、運(yùn)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(chǎn)醇類燃料或化學(xué)品。而CCUS包括二氧化碳捕集、利用與封存各個環(huán)節(jié)，據(jù)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(jìn)行的場景，例如應(yīng)用在EOR(強(qiáng)化采油)或建筑材料中實(shí)現(xiàn)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(yè)用途可以為CCUS設(shè)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(fā)公眾的廣泛關(guān)注，但該技術(shù)的誕生和發(fā)展卻由來已久。據(jù)全球碳捕集與封存研究院(Global Status of CCS)稱，早在20世紀(jì)30年代，碳捕獲設(shè)備就在工業(yè)界有了商業(yè)化應(yīng)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(qiáng)化采油)專利。1970年，美國能源公司雪佛龍宣布了一項(xiàng)計(jì)劃，向SACROC(Scurry Area Canyon Reef運(yùn)營商委員會)的CO2-EOR項(xiàng)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(yùn)輸管道。1972年，該項(xiàng)目在美國德克薩斯州西部的Kelly-Snyder油田SACROC區(qū)塊正式投產(chǎn)，這也是世界首次以商業(yè)規(guī)模注入二氧化碳來提高石油采收率。80年代，美國繼續(xù)建設(shè)二氧化碳運(yùn)輸管道，并開始廣泛部署CO2-EOR項(xiàng)目，隨后該技術(shù)也在全球范圍拓展開來。隨著越來越多商業(yè)化二氧化碳驅(qū)油項(xiàng)目的投入運(yùn)營，關(guān)于碳捕獲、利用與封存技術(shù)的研究與發(fā)展越來越深入和多元，該技術(shù)在應(yīng)對氣候變化方面的潛在作用也引發(fā)了越來越多的探討。

2001年，聯(lián)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(guān)于碳捕集與封存的技術(shù)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(jīng)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(shí)現(xiàn)溫室氣體減排靈活性的潛力。2014年，IPCC第五次評估報告進(jìn)一步總結(jié)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(shù)，可能根本無法實(shí)現(xiàn)氣候控制目標(biāo)。IEA在其《能源轉(zhuǎn)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(rèn)可，但該技術(shù)的部署卻相當(dāng)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(yè)考慮和缺乏一致的政策支持，許多計(jì)劃中的CCUS項(xiàng)目沒有取得進(jìn)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(yè)價值。其次，安裝基礎(chǔ)設(shè)施的成本過高，整合二氧化碳供應(yīng)鏈中的不同要素相當(dāng)困難，在某些應(yīng)用中安裝或擴(kuò)大CCUS設(shè)施存在技術(shù)風(fēng)險，以及如何確保融資等問題都阻礙了對CCUS項(xiàng)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(shù)的應(yīng)用。不過，在各國減排目標(biāo)加強(qiáng)以及新的政策激勵措施的支持下，近幾年CCUS項(xiàng)目迎來了持續(xù)增長，與此同時CCUS的成本一直在下降，能夠提高CCUS經(jīng)濟(jì)效益的新型商業(yè)模式已經(jīng)出現(xiàn)，相關(guān)技術(shù)正在進(jìn)步，吸引了越來越多決策者和投資人的興趣，CCUS的發(fā)展已然步入新的紀(jì)元。

CCUS如何與海洋結(jié)緣

全球碳捕集與封存研究院發(fā)布的《2021全球CCS現(xiàn)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(yè)CCS設(shè)施(其中27個已全面投入運(yùn)營)，覆蓋水泥、鋼鐵、氫氣、發(fā)電和直接空氣捕集等不同行業(yè)領(lǐng)域。對捕集二氧化碳進(jìn)行利用的設(shè)施也在增加，而且對EOR的依賴正在顯著降低，據(jù)IEA稱，目前計(jì)劃中的CCUS項(xiàng)目與EOR相關(guān)的不到一半，近三分之一的計(jì)劃項(xiàng)目將開發(fā)具有共享二氧化碳運(yùn)輸和儲存基礎(chǔ)設(shè)施的工業(yè)CCUS中心。盡管之前大部分CCUS項(xiàng)目捕集的二氧化碳主要封存在陸地上，但海洋環(huán)境也是一個很有吸引力的封存選址。當(dāng)下，全球范圍內(nèi)已經(jīng)有一些海上碳封存項(xiàng)目獲得投資或者正在運(yùn)營，尤其是在北海地區(qū)。海上碳封存的可行性已得到驗(yàn)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(xiàng)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(jīng)過壓縮后被運(yùn)回封存在咸水層。這個工業(yè)規(guī)模的示范項(xiàng)目已被視為行業(yè)最佳實(shí)踐，Sleipner的經(jīng)驗(yàn)還被用于指導(dǎo)制定關(guān)于二氧化碳地質(zhì)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(zhì)構(gòu)造中儲存二氧化碳。

日益緊迫的減排壓力是CCUS發(fā)展勢頭增強(qiáng)背后的一個重要推力。嚴(yán)格的氣候控制目標(biāo)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(zhàn)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(yè)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(yùn)行業(yè)提供了合規(guī)的可行選項(xiàng)。IEA認(rèn)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(zhuǎn)型的四大關(guān)鍵支柱，而且它也是為數(shù)不多的幾個能夠幫助航運(yùn)業(yè)這樣的長途運(yùn)輸脫碳的選項(xiàng)之一。為了滿足日益嚴(yán)格的減排法規(guī)要求，航運(yùn)業(yè)正在積極研究如何利用CCUS技術(shù)減少船舶碳排放，因此船載CCUS系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。

據(jù)中國船級社上海規(guī)范研究所法規(guī)與綠色技術(shù)研究部主任簡炎鈞介紹，船載CCUS系統(tǒng)主要由二氧化碳捕獲、提純液化、存儲與轉(zhuǎn)移四個模塊構(gòu)成。首先，船上尾氣進(jìn)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(jìn)行降溫、壓縮、干燥提純、制冷后轉(zhuǎn)化為液態(tài)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(tài)二氧化碳通過轉(zhuǎn)移模塊，可以在港口直接過駁給二氧化碳運(yùn)輸船，或在專業(yè)港口進(jìn)行卸載，提供給處理工廠用于堿、醇等化工品的原料或地質(zhì)、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(fā)動機(jī)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(xué)吸收法，其原理為通過吸收液的溫度變化來實(shí)現(xiàn)二氧化碳的吸收和釋放，從而實(shí)現(xiàn)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(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成穩(wěn)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?xì)怏w，同時還原的吸附劑降溫后返回吸收單元，由此不斷循環(huán)，實(shí)現(xiàn)二氧化碳的分離捕獲。目前，航運(yùn)業(yè)已經(jīng)開展了不少船上應(yīng)用CCUS技術(shù)可行性的研究和示范項(xiàng)目驗(yàn)證。

CCUS海上應(yīng)用遍地開花

隨著二氧化碳海上運(yùn)輸與封存的技術(shù)和商業(yè)應(yīng)用越來越成熟，以及CCUS對航運(yùn)減排的作用越來越受重視，該技術(shù)與海洋產(chǎn)業(yè)的聯(lián)系日益緊密，海上 CCUS項(xiàng)目以及船載碳捕集研發(fā)也在全球范圍內(nèi)如火如荼地鋪展開來。2016年，恰逢Sleipner油田的CCS項(xiàng)目運(yùn)行20周年，Equinor聯(lián)合挪威科技工業(yè)研究院(SINTEF)等機(jī)構(gòu)成立了二氧化碳封存數(shù)據(jù)聯(lián)盟，旨在通過開放數(shù)據(jù)共享來推動CCS技術(shù)的創(chuàng)新和發(fā)展，并于2018年啟動了二氧化碳數(shù)據(jù)共享(CO2 DataShare)計(jì)劃。2021年3月，由Equinor、殼牌和道達(dá)爾共同投資的“北極光”二氧化碳運(yùn)輸和儲存項(xiàng)目的開發(fā)計(jì)劃經(jīng)過數(shù)年籌備終于獲得挪威石油和能源部批準(zhǔn)。“北極光”項(xiàng)目是挪威大型CCS項(xiàng)目“Longship”的一部分，將從工業(yè)中捕獲二氧化碳，并通過液態(tài)二氧化碳運(yùn)輸船將其從捕獲地點(diǎn)運(yùn)輸?shù)脚餐�西海岸的陸上終端，然后再通過管道輸送到北海進(jìn)行海底封存。該項(xiàng)目預(yù)計(jì)將從2024年開始運(yùn)營，一期工程計(jì)劃每年封存150萬噸二氧化碳，后續(xù)逐步增加容量。此外，還有英國的Acorn、HyNet North West與荷蘭的Porthos項(xiàng)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(qū)也在積極部署海上CCUS項(xiàng)目。2021年8月，中國海洋石油集團(tuán)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(xiàng)目將把海上油田開發(fā)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(jì)超146萬噸。日本在2016年啟動了Tomakomai CCS示范項(xiàng)目，每年將捕集10萬噸二氧化碳并封存在Tomakomai港區(qū)的海上儲層中。澳大利亞早在2009年就設(shè)立了CarbonNet項(xiàng)目，計(jì)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(yù)計(jì)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(xiàng)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(yùn)輸?shù)侥�西哥灣進(jìn)行海上封存。

與此同時，在CCUS的船上應(yīng)用方面，航運(yùn)業(yè)也在大力投入研發(fā)。2019 年，NYK Line、Teekay、Knutsen OAS、Vale等領(lǐng)先的船東和租船人在丹麥海事發(fā)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(xiàng)目將以低溫過程捕獲船舶廢氣中產(chǎn)生的二氧化碳，并將其轉(zhuǎn)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(xié)會合作開展了“CC-Ocean”海洋碳捕獲項(xiàng)目，以驗(yàn)證船載二氧化碳捕集系統(tǒng)的可行性。該項(xiàng)目在“CORONA UTILITY”號運(yùn)煤船上安裝了一個小型二氧化碳捕獲裝置，用于從船舶發(fā)動機(jī)排放的廢氣中分離并捕獲二氧化碳，這是世界首次商船運(yùn)營期間的碳捕集操作。芬蘭洗滌塔制造商瓦錫蘭也關(guān)注到了在船上廢氣排放點(diǎn)進(jìn)行碳捕集的潛力，其初步發(fā)現(xiàn)表明，在船上進(jìn)行碳捕獲和封存“在技術(shù)上是可行的”，該公司正在開展相關(guān)測試。

此外，油運(yùn)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(xiàng)研究，旨在探索在大型商船進(jìn)行碳捕集的潛力。研究結(jié)果表明，大型油輪實(shí)施碳捕集和儲存在技術(shù)上是可行的，實(shí)施CCS技術(shù)的最大挑戰(zhàn)可能是安裝和運(yùn)營成本，儲罐、壓縮機(jī)和其他設(shè)備會產(chǎn)生巨大的前期資本支出。同時運(yùn)行CCS系統(tǒng)需要耗費(fèi)大量能量，因此運(yùn)營費(fèi)用也會增加。然而，研究也指出，這些挑戰(zhàn)并非無法克服，如果采用與碳捕集和儲存技術(shù)兼容性良好的發(fā)動機(jī)，這些成本可以大大降低。同時，荷蘭海事技術(shù)公司Value Maritime宣布開發(fā)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(shè)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(jìn)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(yùn)營船舶上安裝碳捕集和儲存設(shè)施的公司。