1.中国研究人员利用高精度数据和巧妙数学方法提升并加速碳捕集与封存技术的推广应用。
2.碳捕集利用与封存技术可将二氧化碳从工业过程、能源利用或大气中分离出来，有效降低其对气候与环境的影响。
3.为推动CCUS技术在中国及全球范围内的广泛应用，北京理工大学能源与环境政策研究中心开发了一套综合优化模型。
4.该模型综合考虑了社会经济、地理信息、土地利用、捕集和利用技术参数等多维度因素，为全球CCUS部署提供最具成本效益的优化方案。
5.研究团队提出了一项全球低成本CCUS布局方案，有望在2050年前实现92Gt的二氧化碳减排量。
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中国的研究人员正利用高精度数据与巧妙的数学方法，提升并加速碳捕集与封存技术的推广应用。
为实现《巴黎协定》目标，科学家们正积极探索包括碳捕集利用与封存（CCUS）技术在内的各类创新解决方案。CCUS技术可以将二氧化碳从工业过程、能源利用或大气中分离出来,直接加以利用或注入地层，从而有效降低二氧化碳对气候与环境的影响。
“碳捕集利用与封存技术是减少二氧化碳排放的重要技术手段。”北京理工大学能源与环境政策研究中心（CEEP-BIT）兼职教授刘兰翠表示。
她同时指出，碳捕集技术具有“显著降低全球减排成本”的潜力。
CCUS技术正逐步获得全球认可，目前全球范围内已建成数百个示范设施。截至2024年，中国10万吨级及以上CCUS示范项目已超过40个。
碳解决方案
然而，CCUS在全球清洁能源及能效技术投资中所占比例仍不足0.5%1。“此前国际上还没有一个清晰的关于如何实现温控目标的全球CCUS部署方案，这在一定程度上阻碍了我们实现气候目标。” 北京理工大学能源与环境政策研究中心副教授康佳宁表示。
为推动CCUS技术在中国及全球范围内的广泛应用，北京理工大学能源与环境政策研究中心（CEEP-BIT）创始主任、气候减缓领域专家魏一鸣教授带领团队开发了一套综合优化模型，命名为气候变化综合评估模型/全球CCUS源汇匹配优化模型（简称C³IAM/GCOP）。该模型综合考虑了社会经济、地理信息、土地利用、捕集和利用技术参数等多维度因素，旨在为全球CCUS部署提供最具成本效益的优化方案。
康佳宁表示：“C³IAM/GCOP方案能够为各国提供CCUS部署规模的科学依据，并通过经济高效的方式实现二氧化碳排放源与封存汇的精准匹配。”
为实现高效的源汇匹配，研究人员构建了一个涵盖139个国家的二氧化碳排放源与封存汇数据库。该数据库以1公里分辩率标定了全球66273座发电厂和20491个工业二氧化碳排放源(包括水泥、化工、钢铁等工厂)的地理信息与排放相关特征。为降低通过共享管道等基础设施连接排放源与封存盆地的总成本，数据库还纳入了超过3000个“碳簇”的信息，即二氧化碳排放源高度密集的区域。
魏一鸣教授与团队学生在北京理工大学能源与环境政策研究中心探讨碳捕集技术设计方案。图片来源：北京理工大学能源与环境政策研究中心
中国一处二氧化碳捕集与封存设施的泵房。图片来源：北京理工大学能源与环境政策研究中心
封存潜力
研究团队利用C³IAM/GCOP模型，评估了全球近800个陆上盆地的二氧化碳封存潜力，综合考虑了封存地的规模、条件、类型（如含水层或油藏）以及环境因素和人类活动。康佳宁指出，该研究首次采用一致可比的方法对大规模潜在封存地进行封存潜力评估，为选择最优封存方案提供了重要依据。
基于这些研究成果，团队提出了一项全球低成本CCUS布局方案，以助力实现《巴黎协定》2度温控目标。
北京理工大学能源与环境政策研究中心的研究人员构建了全球1km×1km尺度的碳排放网格数据库，精确标绘出钢铁厂以及数以万计其他工业二氧化碳排放源的位置。图片来源：北京理工大学能源与环境政策研究中心
康佳宁指出，该方案显示全球80%的源汇匹配可以发生在300公里的经济合理运输距离内，可以有效解决长距离运输二氧化碳的高成本障碍，有助于CCUS大规模部署。团队的研究成果显示，通过匹配全球85个国家内的3093个碳簇和432个封存场地，CCUS技术有望在2050年前实现92Gt的二氧化碳减排量。
其中，团队预测约64%的二氧化碳将被封存在陆上咸水层盆地中。“这一方案所需的全球总成本约相当于到2050年全球累计GDP的0.12%。” 康佳宁补充道，团队相关成果已于2021年刊登在《自然-气候变化》上2。
作者还指出，中国想要实现碳中和目标，需要CCUS技术在2030至2060年间累计减少约30Gt二氧化碳排放。煤电厂不仅是中国二氧化碳排放的主要来源，也是当前主要的电力供应来源。刘兰翠认为，全面释放CCUS的潜力将为中国实现这一目标提供重要支持。
刘兰翠指出，关键挑战之一是建设输送管道网络，将二氧化碳从工业排放源输送到适宜的碳封存盆地。与公路、铁路或船运相比，管道能以更低的成本长距离运输大量二氧化碳。
为探索如何在中国构建这样的管道网络，CEEP-BIT团队利用C³IAM/GCOP模型分析了可能影响管道建设和运营的各种因素，包括地震带、山脉、受保护河流及人口密集区等。
碳中和目标
刘兰翠介绍道：“我们的研究发现，为实现中国碳中和目标下煤电行业CCUS的年度二氧化碳减排峰值需求，需要建设总长约17000公里的二氧化碳输送管道网络。”
为确定中国CCUS部署的重点区域，团队基于成本效益分析，确定了五个最具CCUS应用潜力的产业集群，主要分布在鄂尔多斯、准噶尔-塔里木、松辽、四川盆地和渤海湾等陆上盆地周边地区3。
与此同时，CEEP-BIT的研究也在推动中国CCUS技术在全国范围内的实施，包括参与制定中国CCUS相关标准。
尽管CCUS技术展现出巨大潜力，但仍面临诸多挑战。刘兰翠强调：“要拓展CCUS应用的边界、释放其全部潜力，亟需加强跨学科和跨国界的合作。”
参考文献：
1. IEA. CCUS in Clean Energy Transitions, (IEA, Paris 2020). https://www.iea.org/reports/ ccus-in-clean-energy-transitions
2. Wei, Y.M. et al. Nat. Clim. Chang. 11, 112–118 (2021).
3. Wei, Y. et al. Journal of Cleaner Production, 379, 134651 (2022).
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