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文/秦阿寧 吳曉燕 李娜娜 孫玉玲 陳方，中國科學(xué)院文獻情報中心 中國科學(xué)院大學(xué)圖書情報與檔案管理系，科學(xué)觀察

1 引言

(資料圖)

碳捕集、利用與封存（carboncapture，utilizationandstorage，CCUS）是將CO2從工業(yè)過程、能源利用或大氣中分離出來，并直接加以利用或注入地層以實現(xiàn)CO2永久減排。聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）、國際能源署（IEA）、國際可再生能源機構(gòu)（IRENA）等國際機構(gòu)的研究報告均指出CCUS是未來應(yīng)對氣候變化、實現(xiàn)巴黎協(xié)定目標以及碳中和的重要減排技術(shù)。隨著全球主要國家碳中和目標的提出及碳減排工作的加快推進，CCUS的研發(fā)和部署受到主要國家的高度重視。

2030年實現(xiàn)碳達峰和2060年實現(xiàn)碳中和的戰(zhàn)略目標已經(jīng)成為我國重大國家戰(zhàn)略。作為當(dāng)前仍舊以煤炭為主要消費能源的國家，在我國未來實現(xiàn)碳達峰與碳中和目標的進程中，CCUS將發(fā)揮關(guān)鍵作用?？萍紕?chuàng)新和進步將是實現(xiàn)碳中和的核心驅(qū)動力，也是戰(zhàn)略目標實現(xiàn)的根本保障。把握國內(nèi)外CCUS技術(shù)發(fā)展的特點和戰(zhàn)略布局，對于我國部署CCUS發(fā)展重點、確定發(fā)展方向和制定相關(guān)政策具有重要意義。因此，本文將通過分析全球主要國家的CCUS戰(zhàn)略與技術(shù)布局，并結(jié)合全球CCUS專利的計量分析，探究全球CCUS研發(fā)態(tài)勢，以期對中國CCUS技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略的制定以及加快研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化進程提供參考。

2全球主要國家和地區(qū)促進CCUS技術(shù)發(fā)展的戰(zhàn)略規(guī)劃與部署

2.1美國：全球CCUS示范項目領(lǐng)先者

美國的碳捕集與封存（carboncaptureandstorage，CCS）商業(yè)設(shè)施數(shù)量全球領(lǐng)先，全球第一個CCS設(shè)施于1972年在美國得克薩斯州建立。截至2021年9月，全球碳捕集與封存大規(guī)模全流程商業(yè)設(shè)施總計135個（包括正在運行、早期開發(fā)、在建等項目），其中70個位于美國，且CCUS項目應(yīng)用廣泛，涉及水泥制造、燃煤發(fā)電、燃氣發(fā)電、垃圾發(fā)電、化學(xué)工業(yè)等行業(yè)，這主要得益于美國對CCUS技術(shù)的政策支持。在CCUS技術(shù)領(lǐng)域，美國從早期側(cè)重CCUS研發(fā)與示范（RD&D）逐漸過渡到RD&D與市場開發(fā)、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)協(xié)同促進CCUS的發(fā)展。

（1）在技術(shù)RD&D方面，自1997年以來，美國能源部的化石能源辦公室一直致力于CCUS的研發(fā)和示范，不斷增加研發(fā)資金，近10年在CCUS研發(fā)上的資金投資如表1所示。2020年12月美國出臺的《2020能源法案》將CCUS的研發(fā)支持力度大幅提高，提出將在2021－2025年提供超60億美元的研發(fā)資金支持，目前是自《2009美國復(fù)蘇與再投資法案》（34億美元）以來的最高水平。2021年11月5日，美國能源部宣布啟動“負碳攻關(guān)計劃”（CarbonNegativeEarthshots），旨在從空氣中去除10億噸CO2，并將捕集和封存CO2的成本降至100美元/噸以下。

（2）在商業(yè)應(yīng)用方面，《2008能源改進和擴展法案》中確立的48A和45Q投資稅收抵免政策促進CCS的市場開發(fā)。45Q稅收抵免政策經(jīng)過2018年的修訂后，每噸CO2的補助金額得到了大幅提升，采用遞進式CO2補貼價格的設(shè)定方式，如表2所示。2021年拜登政府上任以后，陸續(xù)提出了《準用45Q法案》《碳捕集現(xiàn)代化法案》《碳捕集、利用和封存稅收抵免修正法案》《為我們的能源未來融資法案》等來促進CCS的市場開發(fā)。

（3）在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)方面，2021年3月美國兩黨提出了《封存二氧化碳和降低排放量（SCALE）法案》，提出建立二氧化碳基礎(chǔ)設(shè)施融資和創(chuàng)新法案（CIFIA）計劃、安全的地質(zhì)封存基礎(chǔ)設(shè)施開發(fā)計劃以及為環(huán)境保護署（EPA）在鹽堿地質(zhì)層中的第六類許可證（進行地下CO2儲存所需的許可證）提供更多資金等措施。2021年11月美國通過《基礎(chǔ)設(shè)施投資法案》，提出將提供近50億美元用于支持CO2運輸和儲存基礎(chǔ)設(shè)施和場地的開發(fā)和融資。

2.2歐盟:CCUS制度化和規(guī)范化的積極倡導(dǎo)者

歐盟在CCS制度化和規(guī)范化方面走在全球前列，代表性法規(guī)CCS指令（2009/31/EC）是世界第一部關(guān)于CCS的詳細立法，詳細規(guī)定了CO2運輸、封存場地選址、勘探和封存許可證發(fā)放、運營與關(guān)閉以及關(guān)閉后的責(zé)任和義務(wù)、CO2監(jiān)測、信息公開等具體要求，以及對現(xiàn)有各相關(guān)指令的修訂，建立起在歐盟內(nèi)開展CO2地質(zhì)封存的法律和管理框架。歐盟CCS相關(guān)政策多與能源、氣候變化政策聯(lián)系在一起，如《2030年氣候與能源政策框架》指出CCS是歐盟能源和碳密集行業(yè)大幅減排的關(guān)鍵技術(shù)，要加大CCS研發(fā)力度和商業(yè)示范；《2050長期戰(zhàn)略》將CCS作為實現(xiàn)碳中和目標的七大戰(zhàn)略技術(shù)領(lǐng)域之一；歐盟委員會在《歐洲綠色協(xié)議》中提出將CCS納入向氣候中立過渡所需的技術(shù)，將其視為關(guān)鍵工業(yè)部門脫碳的優(yōu)先領(lǐng)域之一。2021年通過的《歐洲氣候法》把氣候中立的政治承諾轉(zhuǎn)變?yōu)榉闪x務(wù)，預(yù)計未來將繼續(xù)加大CCS相關(guān)政策支持。

歐盟多個研發(fā)資助計劃支持CCUS的研發(fā)和部署。地平線歐洲計劃將在2021年和2022年分別提供3200萬歐元和5800萬歐元資金資助CCUS技術(shù)研發(fā)。截至2021年9月，歐盟有35個商業(yè)CCUS項目。與美國不同，歐洲的CCUS示范項目主要依靠歐盟碳交易市場（EUETS）來體現(xiàn)。

2.3日本：積極搶占碳循環(huán)利用技術(shù)創(chuàng)新高地

日本長期致力于低排放發(fā)展戰(zhàn)略，將CCUS技術(shù)與氫能、可再生能源、儲能、核能等并列為日本實現(xiàn)碳中和目標的關(guān)鍵技術(shù)。在《能源技術(shù)戰(zhàn)略路線圖》《國家能源新戰(zhàn)略》《第五期能源基本計劃》等政策規(guī)劃中均提出要加緊開發(fā)CCUS相關(guān)技術(shù)。2014年推出的《戰(zhàn)略能源計劃》提出要在2020年左右實現(xiàn)CCUS技術(shù)的實際應(yīng)用，并盡早建設(shè)CCUS就緒的設(shè)施，以支持CCUS的商業(yè)化。由于日本資源匱乏以及沒有可用于EOR的油氣產(chǎn)區(qū)地質(zhì)條件等原因，日本在國際上積極參與海外CCUS項目投資，如美國的PetraNova，在國內(nèi)致力于發(fā)展碳循環(huán)利用技術(shù)，并于2019年發(fā)布了《碳循環(huán)利用技術(shù)路線圖》，設(shè)定了碳循環(huán)利用技術(shù)的發(fā)展路徑，以加快CCUS技術(shù)戰(zhàn)略部署的腳步，2021年對該路線圖進行了修訂以促進其進一步發(fā)展。2020年發(fā)布的《革新環(huán)境創(chuàng)新戰(zhàn)略》和《實現(xiàn)2050碳中和的綠色增長戰(zhàn)略》均提出要大力發(fā)展CCUS和碳循環(huán)利用技術(shù)，以積極搶占碳循環(huán)利用技術(shù)創(chuàng)新高地。

在技術(shù)研發(fā)方面，日本新能源產(chǎn)業(yè)綜合開發(fā)機構(gòu)（NEDO）是發(fā)展CCUS技術(shù)的主要政府科研機構(gòu)，目前主要通過NEDO的碳循環(huán)和下一代火力發(fā)電等技術(shù)開發(fā)計劃（2016－2025年）、CCUS研發(fā)/示范相關(guān)計劃（2018－2026年）等促進CCUS技術(shù)研發(fā)。2021年，NEDO宣布將在“碳循環(huán)和下一代火力發(fā)電等技術(shù)開發(fā)”框架下，于2021－2025年投資130億日元用于支持CO2循環(huán)利用技術(shù)發(fā)展；2022年1～2月，NEDO相繼宣布在綠色創(chuàng)新基金框架下投資382.3億日元用于碳分離和回收，1152.8億日元用以支持將CO2等轉(zhuǎn)化為運輸用合成燃料、可持續(xù)航空燃料、甲烷以及綠色液化石油氣等技術(shù)開發(fā)，490億日元用以支持CO2還原制化學(xué)品。

2.4韓國：將CCUS作為低碳綠色增長的關(guān)鍵

韓國將CCUS作為低碳綠色增長和實現(xiàn)國家碳減排目標的關(guān)鍵技術(shù)。2010年7月，綠色增長委員會制定了“韓國國家CCS綜合計劃”，以實現(xiàn)國家碳減排目標，并通過高效的CCS技術(shù)發(fā)展創(chuàng)造新的增長引擎。2010年11月，韓國成立了二氧化碳捕集與封存協(xié)會（KCCSA）以推進CCS技術(shù)的發(fā)展。2021年3月，韓國發(fā)布《碳中和技術(shù)創(chuàng)新推進戰(zhàn)略》，將CCUS作為實現(xiàn)碳中和的十項關(guān)鍵技術(shù)之一。2021年9月，韓國發(fā)布CCUS技術(shù)發(fā)展報告，提出技術(shù)的研發(fā)主題、短中長期技術(shù)路線和目標等。2021年9月，韓國產(chǎn)業(yè)通商資源部宣布2021－2025年將提供950億韓元用以支持高排放行業(yè)的CCUS技術(shù)發(fā)展。

2.5中國：積極推進CCUS的研究與發(fā)展，蓄勢待發(fā)

中國高度重視CCUS發(fā)展，制定多項相關(guān)政策規(guī)劃推動CCUS技術(shù)的發(fā)展。2006年以來，國家部委制定并發(fā)布了多項國家政策和發(fā)展規(guī)劃，如《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006－2020年）》《中國應(yīng)對氣候變化國家方案》《能源技術(shù)革命創(chuàng)新行動計劃(2016－2030年)》《能源生產(chǎn)和消費革命戰(zhàn)略（2016－2030）》《關(guān)于加快建立健全綠色低碳循環(huán)發(fā)展經(jīng)濟體系的指導(dǎo)意見》等，均提出要鼓勵和支持發(fā)展CCUS。

2016年原環(huán)境保護部（現(xiàn)生態(tài)環(huán)境部）發(fā)布《二氧化碳捕集、利用與封存環(huán)境風(fēng)險評估技術(shù)指南（試行）》，以規(guī)范和指導(dǎo)二氧化碳捕集、利用與封存項目的環(huán)境風(fēng)險評估工作。此外，國家積極研究CCUS發(fā)展路線圖，2011年科技部發(fā)布了《中國碳捕集、利用與封存（CCUS）技術(shù)發(fā)展路線圖研究》，明確了中國發(fā)展CCUS的愿景，2019年更新版提出構(gòu)建低成本、低能耗、安全可靠的CCUS技術(shù)體系和產(chǎn)業(yè)集群的發(fā)展愿景。雖然在節(jié)能減排、清潔能源等領(lǐng)域提及CCUS技術(shù)，但我國并沒有專門的CCUS立法對其進行全面的規(guī)制。

3全球CCUS技術(shù)布局分析

3.1數(shù)據(jù)與方法

專利文獻作為技術(shù)信息最有效的載體，囊括了全球90%以上的最新技術(shù)情報，相對于其他文獻形式，專利更具有新穎、實用的特征。本文從專利的角度分析CCUS技術(shù)的發(fā)展趨勢與競爭格局。以IncoPat專利數(shù)據(jù)庫作為數(shù)據(jù)來源，利用關(guān)鍵詞和專利分類號進行組合檢索（檢索式見附錄），選用發(fā)明專利文本作為研究對象，通過簡單同族合并進行專利家族數(shù)（項）統(tǒng)計，檢索出全球自1900年以來共申請了39178項專利（檢索日期為2022年3月13日）。

3.2CCUS技術(shù)發(fā)展趨勢

從全球CCUS專利申請數(shù)量變化來看（圖1），20世紀60年代以前，CCUS專利數(shù)量較少，尚處于起步階段；20世紀80至90年代，相關(guān)技術(shù)開始呈現(xiàn)緩慢增長；進入21世紀，隨著全球氣候變化問題的加劇，CCUS受到關(guān)注和重視，專利數(shù)量也隨之迅速增加，尤其2005年以后，專利數(shù)量大幅增長。2005年，IPCC發(fā)布《CO2捕集與封存》特別報告，迅速加快了CCUS技術(shù)的研發(fā)、示范和推廣活動。2013－2015年，專利數(shù)量有所下降（可能是遇到技術(shù)瓶頸期），2016年《巴黎協(xié)定》生效，CCUS專利申請數(shù)量再次增長。由于專利授權(quán)公開需要一定的審查周期，因此2020年及之后的專利數(shù)量不能完全反映實際專利申請情況，僅供參考。在全球各主要國家紛紛提出碳中和目標的背景下，預(yù)計未來CCUS專利申請將會迎來新一輪增長。從技術(shù)構(gòu)成來看，CCUS專利申請主要以CO2捕集為主，其次是CO2轉(zhuǎn)化利用和CO2地質(zhì)利用與封存，CO2輸送領(lǐng)域?qū)＠暾埾鄬^少。

3.3CCUS技術(shù)專利國家分布情況

從全球主要專利技術(shù)來源國來看，中國和美國是主要來源國家，兩者之和占專利總量的50%，其次是日本、德國、韓國、法國、英國等國。從CCUS專利數(shù)量排名前5位國家的專利申請年度趨勢來看（圖2），美國和德國在CCUS專利技術(shù)研發(fā)方面布局較早，中國早期專利數(shù)量較少，2005年以后開始進入快速增長階段，2015年超過美國，躍居全球首位，成為全球CCUS專利增長的主要動力。

從主要國家技術(shù)布局來看（圖3），中國、美國、日本、德國和韓國五個主要國家在碳捕集和CO2轉(zhuǎn)化利用領(lǐng)域均有較多的專利布局。其中碳捕集技術(shù)主要集中在吸收法（胺類吸收、氨法吸收、離子液體吸收、復(fù)合型吸收劑等）、吸附法（活性氧化鋁吸附劑、沸石吸附劑、聚合物吸附劑、變壓吸附、鈣基吸附劑等）和膜分離（聚合物膜、混合基質(zhì)膜、分子篩膜等）技術(shù)領(lǐng)域。碳運輸專利申請較少，主要涉及二氧化碳壓縮與儲存、管道運輸和船舶運輸?shù)?。CO2地質(zhì)利用與封存專利主要有驅(qū)油（降低黏度、降低最小混相壓力、提高采收率等）、驅(qū)氣（驅(qū)替煤層氣、天然氣、頁巖氣等）、增強地?zé)嵋约癈O2注入設(shè)備裝置、注入剖面評價、監(jiān)測系統(tǒng)、封存注漿材料等封存技術(shù)等。CO2轉(zhuǎn)化利用是CO2循環(huán)利用的重要環(huán)節(jié)，也是主要國家關(guān)注的重點，主要包括化工利用、生物利用和礦化利用轉(zhuǎn)化為化學(xué)品（碳酸酯、聚氨酯、異氰酸酯、烯烴、合成氣、水楊酸、二甲苯等）、燃料（生圖2主要專利申請國專利申請年度趨勢物柴油、甲醇、甲烷等）、重整制備合成氣以及鋼渣礦化、混凝土養(yǎng)護、菱鎂礦化等。

3.4CCUS技術(shù)機構(gòu)分布情況

全球CCUS技術(shù)領(lǐng)域TOP10專利權(quán)人/機構(gòu)如表3所示，3家來自日本，美國和中國各2家，法國、德國、荷蘭各1家。在TOP10專利權(quán)人/機構(gòu)中，除中國科學(xué)院外，其余均是大型企業(yè)，說明CCUS技術(shù)主要掌握在企業(yè)手中，尤其是大型跨國企業(yè)，主要包括：（1）以三菱集團、日立集團、東芝集團等為代表的綜合性跨國企業(yè)，其專利主要集中在碳捕集技術(shù)和CO2轉(zhuǎn)化利用；（2）以液化空氣集團、林德集團、空氣化工產(chǎn)品有限公司為代表的工業(yè)氣體企業(yè)，其專利主要集中于碳捕集技術(shù)或設(shè)備；（3）以?？松梨诠?、中國石油化工集團、殼牌集團為代表的石油化工企業(yè)，其專利主要集中在碳捕集、地質(zhì)利用與封存技術(shù)或設(shè)備。

4結(jié)論與建議

通過對主要國家和地區(qū)CCUS技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略以及全球?qū)＠夹g(shù)態(tài)勢進行分析，得出以下主要結(jié)論。

（1）美、歐等主要國家和地區(qū)不僅出臺戰(zhàn)略規(guī)劃和提供資金投入支持CCUS的發(fā)展，而且制定法律法規(guī)管理和規(guī)范碳捕集、運輸、封存、利用和項目示范等多個環(huán)節(jié)，并積極采用碳稅、碳排放交易等措施激勵對CCUS的投資，促進CCUS商業(yè)化應(yīng)用，但中國目前多在節(jié)能減排、清潔能源等領(lǐng)域提及CCUS技術(shù)，并未有專門的CCUS立法進行全面的規(guī)制。

（2）中國、美國、日本、德國、韓國、法國、英國等國家是全球CCUS專利的主要來源國，美國、日本和德國發(fā)展較早，中國具有后發(fā)之勢，成為近幾年全球CCUS專利申請的主要增長力量。CO2捕集技術(shù)和CO2轉(zhuǎn)化利用是中國、美國、日本、德國、韓國共同的關(guān)注點。全球CCUS專利多掌握在工業(yè)氣體、石油化工和工程技術(shù)等大型企業(yè)。在全球各主要國家紛紛提出碳中和目標的背景下，預(yù)計未來將會迎來新一輪的增長。

中國CCUS技術(shù)雖然起步較晚，但經(jīng)過十余年的快速發(fā)展，在CCUS各技術(shù)環(huán)節(jié)均取得了顯著進展，但在相關(guān)戰(zhàn)略規(guī)劃及法規(guī)制度建設(shè)方面、技術(shù)研發(fā)水平相對滯后?；谏鲜龇治?，針對我國加快推進CCUS技術(shù)研發(fā)和集成示范提出以下建議。

（1）加強CCUS頂層設(shè)計，制定相關(guān)戰(zhàn)略、監(jiān)管法律和金融框架。一是制定CCUS戰(zhàn)略和實施計劃，明確面向碳中和目標的CCUS發(fā)展路徑；二是制定激勵框架、商業(yè)模式和風(fēng)險分擔(dān)機制，激勵私營部門對CCUS項目的投資，可借鑒美國、歐盟等國家和地區(qū)的45Q稅收、碳排放交易等措施，制定適合我國的CCUS激勵政策，以促進CCUS市場開發(fā)；三是加強CCUS各個環(huán)節(jié)的法規(guī)和監(jiān)管機制的建設(shè)，以促進CCUS良好發(fā)展。

（2）大力投資CCUS技術(shù)研發(fā)與創(chuàng)新，以降低CCUS成本。成本的降低是實現(xiàn)CCUS大規(guī)模商業(yè)化發(fā)展的關(guān)鍵因素，美國、日本等國家設(shè)有專門的CCUS研發(fā)計劃并進行了持續(xù)的研發(fā)投入以降低成本，因此要圍繞CCUS各個環(huán)節(jié)開展核心技術(shù)攻關(guān)，如低成本和低能耗的先進碳捕集技術(shù)研發(fā)，CO2壓縮、液化，提高封存量、降低技術(shù)風(fēng)險和不確定性的封存技術(shù)，以及CO2高價值轉(zhuǎn)化利用等，并在加大政府投資支持力度的同時撬動企業(yè)等的研發(fā)投資。

（3）加強國際合作，深化與美國、歐盟、日本等主要國家和地區(qū)開展合作機制，充分借鑒國外先進大規(guī)模全流程CCUS項目示范經(jīng)驗，如加強產(chǎn)學(xué)研深度融合，以及建立CCUS樞紐中心和合作共享機制，打造大規(guī)模CCUS產(chǎn)業(yè)集群等，加快我國CCUS發(fā)展進度。