CO2减排技术成熟度及潜力.pdf

二氧化碳减排技术成熟度及潜力在具体探讨各种利用技术的发展水平、工业产值预测及综合减排潜力时，对 化工领域的部分利用技术做了细分。其中，二氧化碳合成可降解聚合物材料领域 细分为二氧化碳间接制备聚碳酸酯/聚酯材料(CCh-CTPC)、二氧化碳间接制备 乙烯基聚酯(C02-CTPET)、二氧化碳间接制备聚丁二酸乙二醇酯(CCh-CTPES)。钢渣矿化利用二氧化碳技术细分为钢渣直接矿化利用二氧化碳技术和钢渣间接 矿化利用二氧化碳技术(见表6.1)：表6.1 25种二氧化碳利用技术学科分类二氧化碳利用技术全称中文简称英文简称二氧化碳强化石油开采强化采油CO2-EOR二氧化碳驱替煤层气驱煤层气CO2-ECBM二氧化碳强化天然气开采强化采气CO2-EGR地质利用二氧化碳强化页岩气开采强化页岩气CO2-ESGR二氧化碳增强地热系统增强采热CO2-EGS二氧化碳铀矿浸出增采铀矿浸出增采CO2-EUL二氧化碳强化深部咸水强化采水CO2-EWR二氧化碳与甲烷重整制备合成气重整制合成气CO2-CDR二氧化碳经一氧化碳制备液体燃料裂解制液体燃料CO2-CTL二氧化碳直接加氢合成甲醇合成甲醇CO2-CTM二氧化碳合成碳酸二甲酯合成碳酸二甲酯CO2-CTD二氧化碳合成甲酸技术合成甲酸CO2-CTF二氧化碳合成可降解聚合物材料直接合成聚合材料CO2-CTP化工利用二氧化碳间接非光气合成异氟酸酯/聚氨酯合成异氨酸酯/聚氨酯CO2-CTU二氧化碳间接制备聚碳酸酯/聚酯材料间接合成聚碳酸酯CO2-CTPC二氧化碳间接制备乙烯基聚酯间接合成聚酯CO2-CTPET二氧化碳间接制备聚丁二酸乙二醇酯合成聚丁二酸乙二醇酯CO2-CTPES钢渣直接矿化利用二氧化碳钢渣直接矿化CO2-SCU钢渣间接矿化利用二氧化碳钢渣间接矿化CO2-ISCU磷石膏矿化利用二氧化碳磷石膏矿化CO2-PCU钾长石加工联合二氧化碳矿化钾长石加工联合矿化CO2-PCM微藻固定二氧化碳转化为生物燃料和化学 品技术微藻制备生物燃料CO2-AB生物利用微藻固定二氧化碳转化为生物肥料技术微藻制备生物肥料CO2-AF微藻固定二氧化碳转化为食品和饲料添加 剂技术微藻制备食品和饲料添 加剂CO2-AS二氧化碳气肥利用技术气肥CO2-GF6.1.1 技术成熟度二氧化碳利用技术的现状水平相差较大，有的处于基础研究水平，有的已接 近商业应用水平（见图6.1）。化工利用技术最为成熟，总体上处于集成示范到商 业应用水平；生物利用总体处于中试放大水平；地质利用技术除强化采油及铀矿 浸出增采已接近商业应用水平，其它技术均未达到技术示范水平。到2020年，利用技术很可能取得显著发展，大多数技术达到工业应用或商 业化应用水平。化工利用技术最为成熟，除钾长石矿化处于技术研发到技术示范 水平以外，其它技术均可能达到工业应用或接近商业化应用的水平；生物利用技 术中，除气肥可能处于技术示范之外，其它技术可能接近或达到商业应用水平-；地质利用技术中，强化采油、铀矿浸出增采达到商业应用水平，驱煤层气可能处 于技术示范水平，强化采气、强化页岩气及强化采水技术可能达到技术研发水平,而增强采热可能处于基础研究到技术研发之间的水平。到2030年，利用技术很可能取得进一步发展，大多数技术达到或接近商业 应用水平。各种化工利用技术均可能达到或接近商业化应用水平；生物利用技术 各技术可能均达到商业化应用水平；地质利用技术中，除强化采气、强化页岩气 和增强采热处在技术示范阶段以外，其它技术达到或接近商业化应用水平。整蟹生笊至 2030至 2020现状注：技术成熟度划分阶段：概念阶段（0分）；基础研究（1分）；技术开发（2分）；技术示 范（3分）；工业应用（4分）；商业应用（5分）。图6.1二氧化碳利用技术到2020年和2030年的发展水平6.1.2 经济潜力预测目前二氧化碳利用技术每年的工业产值仅为5亿元，主要来自强化采油及直 接合成聚合材料。到2020年二氧化碳利用技术工业产值较为可观，可能达到1 200亿元/年（见 图6.2）。其中，化工利用领域的间接合成聚酯工业产值最大超过400亿元/年，其次是合成碳酸二甲酯超过300亿元；合成甲醇的工业产值均超过了 100亿元;另外，强化采油、强化采水、重整制合成气、直接合成聚合材料、合成异氟酸酯/聚氨酯、间接合成聚碳酸酯和钢渣直接矿化的工业产值增长也较快。到2030年二氧化碳利用基本实现产业化，工业产值可能超过3 000亿元/年（见图6.2）。间接合成聚酯的工业产值最大，超过500亿元/年；其次是合成碳 酸二甲酯和强化采油技术，均超过400亿元/年；合成甲醇和合成异氟酸酯/聚氨 酯的工业产值均接近或超过300亿元/年；钾长石加工联合矿化的工业产值接近 200亿元/年；重整制合成气、间接合成聚碳酸酯、合成聚丁二酸乙二醇酯、钢渣 直接矿化、气肥均接近或超过100亿元/年；强化采水、直接合成聚合材料、钢 渣间接矿化、磷石膏矿化、微藻制备食品和饲料添加剂以及气肥等技术的工业产 值均有增长，但均少于100亿元/年。6 5。(叶/0)妈力穿H 2030至 202。二气化破利用技术图6.2二氧化碳利用技术工业产值预测6.1.3 减排潜力预测目前，利用技术均未发挥显著的减排贡献。除二氧化碳驱油封存的二氧化碳 利用量达到约24万t/a以外，其它技术尚未大规模应用。到2020年，二氧化碳利用技术开始发挥可观的减排贡献，综合减排潜力可 能接近5 000万t/a。主要是强化米油、重整制合成气、合成甲醇和钢渣直接矿化 等技术发挥作用（见图6.3）。到2030年，二氧化碳利用技术开始发挥显著的减排贡献，综合减排潜力可 能约2亿t/a；重整制合成气、合成甲醇均接近5 000万t/a；强化采水的减排潜 力在4 000万t/a左右;强化采油技术可超过2000万t/a;钢渣直接矿化达到1 500 万t/ao此外，驱煤层气、强化采气、裂解制液体燃料、合成碳酸二甲酯、间接 合成聚酯、钢渣间接矿化、钾长石加工联合矿化以及微藻制备生物肥料等技术均 可发挥作用（见图6.3）。3112 2-R奥=篁202图6.3二氧化碳利用技术减排潜力预测6.2技术综合比较综合考虑技术的预期工业产值、减排潜力、技术的现状水平和技术发展的风 险水平四个因素，先对技术的工业产值和减排潜力进行无量纲化处理（见表 6.2）,按照预设四个因素的所占权重比设定了基准、减排优先、经济优先和应用优先四种发展情景见（表6.3）,综合比较了 25种利用技术的未来发展情景。表6.2工业产值和减排潜力值的无量纲化处理经济潜力无量纲化取值减排潜力无量纲化取值0亿元4亿元0。亿t1万t04亿元16亿元11亿t10万t116亿元64亿元210亿1100万1264亿元256亿元3100亿31 000万 t3256亿元1 024亿元41 000亿t1亿t41 024亿元51亿15表6.3假设的四种发展情景发展情景权重比（）技术成熟度经济潜力减排潜力风险水平基准情景25252525减排优先情景15155515经济优先情景15551515应用优先情景30203020基于以上假设，然后将技术大致归纳为四类：（1）目前发展成熟且发展前景 好的技术；（2）目前技术不成熟但发展前景好的技术；（3）目前发展不成熟且发 展前景不明确的技术；（4）目前发展成熟但发展前景不明确的技术。按照这四种 分类，对以上的四种情景假设分别进行分析。6.2.1 基准情景基准情景是假设技术成熟度、经济潜力、减排潜力和风险水平四个因素对于 技术发展的影响水平相当（各占25%）,预测各种二氧化碳利用技术的发展情景。图6.4基准情景注：蓝色方框内为目前发展成熟且发展前景好的技术；灰色方框内目前发展成熟但发展前景 不明确的技术；绿色方框内为目前技术不成熟但发展前景好的技术；黄色方框内为目前发展 不成熟且发展前景不明确的技术。（下图同）图6.5基准情景下的技术分区从图6.4和图6.5可以看出：（1）目前发展水平相对成熟且到2020年和2030 年能够发挥主要作用的技术包括：强化采油、铀矿浸出增采、合成碳酸二甲酯和 直接合成聚合材料、微藻制备食品和饲料添加剂；（2）目前发展水平相对较弱但 技术发展迅速，且到2020年和2030年能够发挥主要作用的技术包括：重整制合 成气、合成甲醇、间接合成聚酯、钢渣直接矿化、微藻制备生物肥料、气肥；(3)目前发展水平相对较弱，且到2020年和2030年发展前景不太明确的技术包括：强化页岩气、增强采热、合成甲酸、合成聚丁二酸乙二醇酯、微藻制备液体燃料；(4)目前发展水平相对成熟 但到2020年和2030年发展前景不太明确的技术，基准情景下基本没有。6.2.2 减排优先情景减排优先情景是优先考虑技术减排潜力，假设技术成熟度、经济潜力、减排 潜力和风险水平四个因素的权重分别为15%、15%、55%和15%,预测各种二氧 化碳利用技术的发展情景。图6.6减排优先情景图6.7减排优先情景下的技术分区从图6.6和图6.7可以看出：(1)目前发展水平相对成熟且到2020年和2030 年能够发挥主要作用的技术包括：强化采油、铀矿浸出增采、合成碳酸二甲酯；(2)目前发展水平相对较弱但技术发展迅速，且到2020年和2030年能够发挥 主要作用的技术包括：强化采水、合成甲醇、间接合成聚酯、钢渣直接矿化、微 藻制备生物肥料和气肥；(3)目前发展水平相对较弱，而且到2020年和2030 年发展前景不太明确的技术包括：强化页岩气、增强采热、合成甲酸、微藻制备 液体燃料和合成聚丁二酸乙二醇酯；(4)目前发展水平相对成熟，但到2020年 和2030年发展前景不太明确的技术主要是微藻制备食品和饲料添加剂。6.2.3 经济优先情景经济优先情景是突出重视经济潜力，假设技术成熟度、经济潜力、减排潜力 和风险水平四个因素的权重分别为15%、55%、15%和15%,预测各种二氧化碳 利用技术的发展情景。图6.8经济优先情景图6.9经济优先情景下的技术分区从图6.8和图6.9可以看出：（1）目前发展水平相对成熟，且到2020年和 2030年能够发挥主要作用的技术包括：强化采油、合成碳酸二甲酯、直接合成 聚合材料；（2）目前发展水平相对较弱，但技术发展迅速且到2020年和2030 年能够发挥主要作用的技术包括：强化采水、重整制合成气、合成甲醇、钢渣直 接矿化；（3）目前发展水平相对较弱，且到2020年和2030年发展前景不太明确 的技术包括：强化采气、强化页岩气、增强采热、裂解制液体燃料、合成甲酸、合成聚丁二酸乙二醇酯、微藻制备液体燃料、微藻制备生物肥料等；（4）目前发 展水平相对成熟，但到2020年和2030年发展前景不太明确的技术包括：铀矿浸 出增采、钢渣间接矿化、微藻制备食品和饲料添加剂。6.2.4 应用优先情景应用优先情景是优先综合考虑技术成熟度和减排潜力，假设技术成熟度、经 济潜力、减排潜力和风险水平四个因素的权重分别为30%、20%、30%和20%,然后分析预测各种二氧化碳利用技术的发展情景。图6.10应用优先情景图6.11应用优先情景下的技术分区从图6.10和图6.11可以看出：（1）目前发展水平相对成熟，且到2020年和 2030年能够发挥主要作用的技术包括：强化采油、铀矿浸出增采、合成碳酸二 甲酯、直接合成聚合材料、微藻制备食品和饲料添加剂；（2）目前发展水平相对 较弱，但技术发展迅速，且到2020年和2030年能够发挥主要作用的技术包括：强化采水、重整制合成气、合成甲醇、钢渣直接矿化、微藻制备生物肥料、气肥 等；（3）目前发展水平相对较弱，且到2020年和2030年发展前景不太明确的技 术包括：强化页岩气、增强采热、合成聚丁二酸乙二醇酯、合成甲酸，微藻制备 生物燃料；（4）目前发展水平相对成熟，但到2020年和2030年发展前景不太明 确的技术，在应用优先情景下基本没有。基于以上四种情景分析，对在四种情景下具有相同发展前景的技术进行归 类：（1）目前发展成熟且发展前景好的技术：强化采油、合成碳酸二甲酯；（2）目前发展成熟但发展前景不明确的技术基本没有。（3）目前技术不成熟但发展前 景好的技术：强化采水、合成甲醇、钢渣直接矿化、气肥；（4）目前发展不成熟 且发展前景不明确的技术：强化页岩气、增强采热、合成甲酸、合成聚丁二酸乙 二醇酯、微藻制备液体燃料。总体分析如下：对于目前发展成熟且发展前景好的技术建议是目前加强工程示范 积累工程 经验，到2020年和到2030年能够在经济潜力和减排潜力两方面实现双重利益；目前技术水平相对较弱的技术，尽管目前的技术发展水平较弱，但发展迅 速，到2020年和到2030年能够在经济潜力和减排潜力方面发挥作用。对于这类技术，建议目前加强对基础研究和技术研发的投入，促进技术的快速发展；还有些技术，目前的技术发展水平相对较弱，而且到2020年和2030年能够 在经济潜力和减排潜力方面发挥的作用不明确。这些技术的不确定因素较大，进 一步发展还有待观察，现阶段需加强基础研究以便进一步明晰。6.2.5 早期机会预测我国碳源量大面广、地质条件多样、工业基础完备，各种利用技术都存在实 施条件良好的区域或行业（见表6.4）o在这些区域容易找到一种或者多种利用技 术的早期实施机会。对于已经完成基础研究的利用技术，应设立和实施二氧化碳 利用技术专项技术工程，鼓励地方与相关企业增加投入，有序组织技术研发与应 用示范工程。表6.4各项二氧化碳利用技术早期机会区域（或行业）二氧化碳利用技术实施条件良好的区域（或行业）二氧化碳强化采油大庆、长庆、新疆、胜利、吐哈、塔里木、青海等主要 油田二氧化碳驱替煤层气鄂尔多斯盆地、准格尔盆地、吐哈盆地、海拉尔盆地、三塘湖盆地、阴山盆地、依兰-伊通盆地等二氧化碳增强产气二氧化碳增强页岩气开采鄂尔多斯盆地、四川盆地、塔里木盆地、柴达木盆地等 松辽盆地、鄂尔多斯盆地、吐哈盆地、准格尔盆地、四 川盆地等二氧化碳增强地热系统 二氧化碳铀矿浸出增采羊八弁、腾冲热海等伊犁盆地、吐哈盆地、鄂尔多斯盆地、松辽盆地和二连 盆地等二氧化碳强化深部咸水西部增采咸水淡化，南部增采高附加值矿产，东部控制 和修复严重地面沉降等二氧化碳与甲烷重整制备合成气 二氧化碳经一氧化碳制备液体燃料 二氧化碳直接加氢合成甲醇 二氧化碳合成碳酸二甲酯 二氧化碳合成甲酸技术石油和天然气化工以及煤化工等可再生能源行业等有机合成、医药、农药、涂料、染料、汽车和国防等 溶剂、汽油添加剂、锂离子电池电解液等化学工业、食品工业、医药、农药、制革行业二氧化碳合成可降解聚合物材料二氧化碳间接非光气合成异氟酸酯/聚 氨酯二氧化碳间接制备聚碳酸酯/聚酯材料二氧化碳间接制备乙烯基聚酯二氧化碳间接制备聚丁二酸乙二醇酯 钢渣直接矿化利用二氧化碳 钢渣间接矿化利用二氧化碳磷石膏矿化利用二氧化碳钾长石加工联合二氧化碳矿化微藻固定二氧化碳转化为液体燃料 微藻固定二氧化碳转化为生物肥料 微藻固定二氧化碳转化为食品和添加剂 微藻固定二氧化碳转化为气肥食品和医用包装等大宗工程塑料、煤化工、天然气化工等电子器件、通讯、医疗器械、光盘、汽车、包装、光学 器械等纤维、薄膜、容器、工程塑料、汽车配件等替代通用塑料，用于塑料薄膜、包装材料、生物材料等混凝土、水泥等混凝土、水泥等纤维、薄膜、容器、工程塑料等建材、钾肥等可再生能源行业等生态农业等食品行业、保健品行业等农业等