重点行业碳捕集技术应用现状、挑战与对策

《环境工程技术学报》网络首发论文 重点行业碳捕集技术应用现状、挑战与对策王乐萌，郝玉婷，刘铮，张敬巧，赵若楠，李旭华，朱瑶，曹婷，吕海洋，王博瑞，王涵2025-09-19网络首发日期：2026-02-12王乐萌，郝玉婷，刘铮，张敬巧，赵若楠，李旭华，朱瑶，曹婷，吕海洋，王博瑞，王涵．重点行业碳捕集技术应用现状、挑战与对策[J/OL]．环境工程技术学报.https://link.cnki.net/urlid/11.5972.X.20260211.1816.009 题目：作者： 收稿日期：引用格式： 网络首发：在编辑部工作流程中，稿件从录用到出版要经历录用定稿、排版定稿、整期汇编定稿等阶段。录用定稿指内容已经确定，且通过同行评议、主编终审同意刊用的稿件。排版定稿指录用定稿按照期刊特定版式（包括网络呈现版式）排版后的稿件，可暂不确定出版年、卷、期和页码。整期汇编定稿指出版年、卷、期、页码均已确定的印刷或数字出版的整期汇编稿件。录用定稿网络首发稿件内容必须符合《出版管理条例》和《期刊出版管理规定》的有关规定；学术研究成果具有创新性、科学性和先进性，符合编辑部对刊文的录用要求，不存在学术不端行为及其他侵权行为；稿件内容应基本符合国家有关书刊编辑、出版的技术标准，正确使用和统一规范语言文字、符号、数字、外文字母、法定计量单位及地图标注等。为确保录用定稿网络首发的严肃性，录用定稿一经发布，不得修改论文题目、作者、机构名称和学术内容，只可基于编辑规范进行少量文字的修改。 出版确认：纸质期刊编辑部通过与《中国学术期刊（光盘版）》电子杂志社有限公司签约，在《中国学术期刊（网络版）》出版传播平台上创办与纸质期刊内容一致的网络版，以单篇或整期出版形式，在印刷出版之前刊发论文的录用定稿、排版定稿、整期汇编定稿。因为《中国学术期刊（网络版）》是国家新闻出版广电总局批准的网络连续型出版物（ISSN 2096-4188，CN 11-6037/Z），所以签约期刊的网络版上网络首发论文视为正式出版。 重点行业碳捕集技术应用现状、挑战与对策 王乐萌1，郝玉婷1,2，刘铮2，张敬巧2，赵若楠2，李旭华2，朱瑶2，曹婷2，吕海洋2， 王博瑞2,3，王涵2* 1.华北电力大学（保定）环境科学与工程系2.生态环境部生态工业重点实验室，中国环境科学研究院3.北京科技大学能源与环境工程学院 摘 要碳捕集是目前实现大规模温室气体减排的重要技术手段，是电力、钢铁、水泥、化工等重点行业深度脱碳的可行技术方案。碳捕集的主流技术包括化学吸收法、固体吸附法、膜分离法以及全氧燃烧技术，已在多个领域展开应用。目前，化学吸收法应用最广泛，适用于电力、石化、钢铁等多个行业。此外，针对行业中不同CO2浓度捕集问题，压缩液化-低温精馏及化学吸收-固体吸附耦合方法分别用于石化和钢铁行业。总体来看，当前重点行业碳捕集技术面临的主要问题有投资运行成本高，吸收剂性能有待提升，不同行业中碳捕集技术的应用场景有所差异等。针对这些关键问题，应加快研发新型高效吸收剂与智能配胺技术，以大幅降低再生能耗并提升对烟气波动的适应性；同时，需开发高通量、低能耗的核心设备内构件，以缩小设备体积、降低运行成本，从而驱动百万吨级项目的规模化应用。 关键词重点行业；二氧化碳；碳捕集；运行成本；提升路径 中图分类号：X51doi：10.12153/j.issn.1674-991X.20250538 Current status, challenges, and countermeasures of carbon capturetechnology application in key industries WANG Lemeng1, HAO Yuting1,2, LIU Zheng2, ZHANG Jingqiao2, ZHAO Ruonan2, LI Xuhua2, ZHU Yao2,CAO Ting2, LÜ Haiyang2, WANG Borui2,3, WANG Han2* 1.Department of Environmental Science and Engineering,North China Electric Power University (Baoding)2. Key Laboratory of Ecological Industry, Ministry of Ecology and Environment, Chinese Research Academy of EnvironmentalSciences 3.School of Energy and Environmental Engineering,University of Science and TechnologyBeijing AbstractCarbon capture serves as a critical technology for achieving large-scale greenhouse gas emissionreduction,providinga feasible technical solution for deep decarbonization in key industries such aspower, steel,cement,and chemicals. The mainstream technologies of carbon capture include chemical absorption, solidadsorption, membrane separation,and oxy-fuel combustion, which have been applied in many fields. At present,chemical absorption is the most widely usedmethodand is applicable topower, petrochemical, steel and otherindustries. In addition,to capture CO2atdifferent concentrations, the compression liquefaction-low temperaturedistillation and chemical absorption-solid adsorption coupling methods are used in the petrochemical and steelindustries, respectively.In general, the main problems faced by carbon capture technology in key industries are highinvestment and operation costs, the need forimprovedabsorbentsperformance,and varying application scenariosacross different industries.To addressthese issues, efforts should focus on developing new high-efficiencyabsorbentsand intelligent amine-blending technology that can significantly reduce regeneration energy consumption and enhance adaptability to flue gasfluctuations. At the same time, it is necessary to develop high-throughput, low-energy core components within the equipment to reduce its size and operating costs, thereby drivingthe large-scale application of million-ton projects. Key wordskey industries; carbon dioxide (CO2); carbon capture; operating cost; improvementpathway 自前工业化时代起，人为排放的二氧化碳（CO2）量开始持续上升。CO2的过度排放加剧了温室效应[1]，因此，减少CO2排放已成为全球各国的紧迫任务。2020年我国向世界郑重承诺，CO2排放在2030年前实现碳达峰，努力争取2060年前实现碳中和[2]。根据相关报告，2020年全国CO2总排放量约为113.5亿t，其中电力、工业、建筑、交通四部门排放CO2占比分别为40.5%、37.6%、10.0%、9.9%[3]。从更加细分的行业来看，水泥、钢铁、化工是全球工业领域中排放量最高的3个行业，占比约为17.2%、16.7%、12.1%。而在我国，钢铁、水泥、化工对应的CO2排放占排放总量的16.2%、15.7%、7%[4]。由此，电力、钢铁、水泥、化工等重点工业领域的CO2排放控制对于我国碳达峰碳中和目标的实现至关重要。 碳捕集、利用与封存（CCUS）作为实现大规模温室气体减排的关键技术路径，在电力、钢铁、水泥及化工等高排放行业的深度脱碳过程中具有重要应用价值，也是推动实现“双碳”目标的技术体系中不可或缺的组成部分。碳捕集、运输、利用和封存是CCUS的4个关键环节，CCUS技术通过这些环节能够将发电和工业过程等排放源中的CO2分离并集中利用，转化为燃料、化学品和其他产品，从而减少对化石燃料的需求[5]。碳捕集作为CCUS的关键技术，其技术发展对碳减排具有深远意义。全球碳捕集与封存研究院（GCCSI）于2023年发布的《全球碳捕集与封存现状2023》报告指出，截至2023年7月，全球各阶段的碳捕集封存（CCS）/CCUS商业项目已达392个，年总捕集封存规模达到3.61亿t，同比增长60%左右[6]。但当前CCUS技术在效率和成本方面尚未达到广泛商业化应用的标准。碳捕集是CCUS中至关重要的一环。在工业领域，不同工况条件给碳捕集带来了巨大挑战。因此，对于碳捕集的研究一直备受关注，然而技术能耗较高，分离与纯化环节的效率提升仍是亟待突破的难点，这直接制约了整体工艺的经济可行性，进而阻碍了该技术的大范围商业化应用[7]。这一关键难题制约了CCUS技术的规模化推广与实际应用，成为碳排放控制的关键技术瓶颈之一。 因此，本文首先通过文献计量的手段，分析当前国际上CCUS相关研究现状与热点，再总结分析电力、钢铁、石油化工等重点行业的碳捕集技术应用现状及重点行业碳捕集主流技术（图1），针对分析各个行业碳捕集技术需求及特点，提出重点行业技术应用过程中的挑战及相应对策。 1 CCUS文献热点分析 以〔(CO2OR carbon dioxide) AND (capture* OR transport* OR storage* OR utilize*)〕OR CCUS OR CCS为检索式，在2004-01-01—2023-12-31共检索出SCI核心论文集论文142 219篇。其中高被引及热点论文2 506篇，对这2 506篇论文进行文献计量分析，发文量结果如图2所示。CCUS相关的热点及高被引论文逐年上涨，发文量上涨率在2021年达到最大值。结合发文国家及发文国家文章引用情况来看，中国是相关发文量最大的国家。2020年9月中国明确提出2030年碳达峰与2060年碳中和目标，由此推测2021年发文率的上涨是由于中国的“双碳”承诺大幅推动了CCUS领域的研究。此外，由图3可知，发文量前5名的国家分别为中国、美国、英国、澳大