碳捕集与封存（CCS）技术
自然碳捕获：海水、绿色植被都是蓄碳池体系的组成部分，现今地球的海水里充满了远古时代的碳，其总量大约有35万亿吨。而经过数千万年的时间，地球上的原始森林也吸进了数万亿吨的二氧化碳。被植物所捕获到的大多数二氧化碳经过数十亿年的时间，都演变成更加固定的地质形态，包括石灰石、页岩，也包括煤炭、石油和天然气等碳氢化合物。直到大约500年前，这种自然碳捕获的过程都进行得十分顺利。碳的循环在当时达到了一定的平衡：腐烂的植物或者火焰每排放一个二氧化碳分子，森林或海洋就会重新吸收一个同样的分子。空气中的二氧化碳浓度为百万分之二百七十。然而，从公元1500年开始，这种平衡被逐渐打乱。由于农业的发展和对木材的需要耗尽了森林，地球吸进碳的能力逐步下降。更为重要的是，对能源需求贪得无厌的工业革命引发了碳氢化合物燃烧量的骤增，从而扭转了数亿年来碳储存的平衡。从18世纪末以来，人为的二氧化碳排放量已经从微不足道的每年1亿吨上升到每年63亿吨，大约比生物圈所能吸收的量多了一倍。由于每年进入大气层中的碳量比被捕获的碳量多出32亿吨左右，所以大气层中碳的聚集量开始上升，增加到了百万分之三百八十以上。
在这种背景下，人类开始了人为碳捕获与封存技术的尝试。
碳捕集与封存(简称CCS)是指将大型发电厂、钢铁厂、化工厂等排放源产生的二氧化碳收集起来，用各种方法储存以避免其排放到大气中的一种技术。它包括二氧化碳捕集、运输以及封存三个环节，可以使单位发电碳排放减少85%至90%。对于中国来说，解决煤炭污染问题是非常重要的。中国的煤炭资源丰富，也是煤炭使用大国。但众所周知，煤炭造成的污染破坏也是很严重的。如果不解决煤炭产生大量二氧化硫、二氧化碳排放的问题，中国的环境污染问题就难以得到解决。同时，随着世界对全球气候变暖问题越来越关注，中国因此承受的国际压力也会越来越大。因此，中国应及早自行开发碳捕捉及封存技术。如果不及早自行开发清洁煤炭技术，中国今后还将被迫去购买美国或别国的相关技术，处境会相当被动。碳捕捉及封存技术是将煤电厂释放的二氧化碳捕获，经过压缩，然后埋入岩层或海底，达到减少80－90%碳排放的目的。应用碳捕捉及封存技术将使煤电成本增加21－91%。如果能将捕获的二氧化碳加以利用，比如注入油田以增加石油的产量，成本就可能降低。第一家应用碳捕捉及封存技术的试验性煤电厂在德国建成。运行情况还不清楚。
捕集二氧化碳可达食用程度
夏天，在热浪烘烤之下，喝上一杯冰镇的碳酸饮料，感觉从里爽到外。为什么碳酸饮料有如此功效？这是因为碳酸饮料里含有大量二氧化碳，遇热易挥发，碳酸饮料进入体内遇“高温”，使二氧化碳迅速从口腔中逃逸出来，带走了部分热量，使人顿感消暑解渴。也许人们还不知道，北京部分碳酸饮料中添加的二氧化碳，来自一项备受关注的技术——碳捕集和封存，这项新技术事关人类面临的重大挑战——“全球气候变暖”，该技术对减少温室气体排放具有深远的意义，将为人类减缓气候变暖带来希望。北京高碑店热电厂二氧化碳捕集试验装置，是我国首个燃煤电厂烟气二氧化碳捕集示范工程，在2008年7月北京奥运会之前建成投产，预计年回收二氧化碳能力可达3000吨。烟气二氧化碳捕集技术工作原理，就是让电厂排放出来的气体，通过可以吸收二氧化碳气体的化学物质，对烟气中二氧化碳进行捕获，该项技术的二氧化碳回收率可以超过85%，对于减少现有电站的二氧化碳排放具有重要意义。从高碑店热电厂二氧化碳捕集试验装置里捕集出的二氧化碳，精制以后可以达到食用的程度，就是99.9%至99.99%的程度，截至2009年春节，二氧化碳捕集系统运行稳定，销售食品级二氧化碳已超过800万吨。
如何科学利用二氧化碳
要减少一种物质对人类的危害，最好的办法就是科学利用。二氧化碳其实也有两面性。一方面会产生温室效应；另一方面也会对人类有利，比如说用作植物气肥和果蔬保鲜剂。还可作为某些灭火器的原料，工业上可制纯碱、尿素、汽水等，二氧化碳的成品干冰可作制冷剂，保藏容易变坏的食物，还可用于人工降雨。另外在温室栽培中，常用二氧化碳作为肥料。全球二氧化碳工业利用量大约是每年1至1.5亿吨。美国是世界上最大的二氧化碳生产国和消费国，生产能力每年约1000万吨。中国有二氧化碳生产企业 100家左右，生产能力是每年200至250万吨，而一个几十万千瓦的燃煤电厂，一年能捕获二氧化碳100至200万吨，同中国企业生产的二氧化碳的总量是差不多的，人类对二氧化碳的消费量是非常有限的，因此人类面临一个问题是，由于过度地使用化石原料造成了二氧化碳过多，而人类无法消费多出的庞大的那部分，所以造成了一系列气候和生态问题。
彻底做法是把多余二氧化碳封存
如何处置多出来的二氧化碳，一个“异想天开”的解决方案出台了：把人类排放的二氧化碳气体捕捉并集中起来，深埋于海底或地下，彻底解决因温室气体而引发的全球气候变暖威胁。
[1]、地质封存：
向即将耗竭的油气储层和不可开采的甲烷煤层注入二氧化碳是一种“增值”的埋存方式，试验研究表明，注入2倍体积的二氧化碳，可以驱替一倍体积的甲烷气体，世界上有70个油田通过注入二氧化碳来提高石油回采率，是一种非常有前景的碳埋存技术。
[2]、深海封存：
深海封存是指把二氧化碳注入深海中以进行长时间的存储，大部分二氧化碳在深海中将与大气隔离若干世纪，深海封存在全世界还未被真正采用，也未开展试点示范，仍处于研究阶段。二氧化碳封存面临的科学疑问是，将巨量的二氧化碳储存到地下或深海，是否有可能逃逸出去？令人乐观的是二氧化碳并不需要被永久封存，封存的时间只要保证自然界中碳循环将大气中的二氧化碳降到工业化之前的水平即可，从目前来看，人类的科技发展应该可以做到。
中国在碳捕获与封存相关案例
中国在碳捕获与封存方面积极与澳大利亚、英国等技术发达国家合作，积极发展碳捕获与储存的试点项目。2008年7月，中国华能集团与澳大利亚联邦科学工业研究组织（CSIRO）正式宣布在北京成立的燃煤电厂二氧化碳捕集示范工程建成投产。这项由华能控股的西安热工研究院设计完成的华能北京热电厂二氧化碳捕集示范工程，坐落于北京郊区，是中国首个燃煤电厂烟气二氧化碳捕集示范工程，预计其年回收二氧化碳能力可达为3000吨。前面提到的高碑店热电厂位于北京市东郊高碑店，是由北京国际电力开发投资公司与华能国际电力开发公司共同出资建设。
2009年3月，神华集团表示其正在研究利用碳捕获和封存技术减少煤制油项目的二氧化碳排放，正在进行示范项目的研究、开发和评估工作。这一为神华集团位于鄂尔多斯100万吨直接煤制油示范项目配套的工程，将大大减少生产过程中二氧化碳的排放，以实现煤的清洁利用。研究表明，利用现代煤直接液化工艺，每生产一吨成品油，大概需要排放约3吨左右的二氧化碳，其中大部分纯度很高，捕集的成本相对较低。
建筑节能：建筑智能化的发展方向
中国能源消耗处于全球前列，而建筑能耗更是占社会总能耗的25%。在“十一五”规划目标中，建筑行业要完成节能达1.01亿吨标准煤，建筑节能总面积达 21.46亿平方米。相较于政府的节能目标，目前来看，其达成难度在加大。截至2008年底，单位GDP能耗下降20%的目标仅下降了8.5%，政府未来进一步完善节能政策仍具有较大的紧迫性。
碳捕获、利用与封存技术CCUS（Carbon Capture，Utilization and Storage）
CCUS技术是CCS（Carbon Capture and Storage，碳捕获与封存）技术新的发展趋势，即把生产过程中排放的二氧化碳进行提纯，继而投入到新的生产过程中，可以循环再利用，而不是简单地封存。与CCS相比，可以将二氧化碳资源化，能产生经济效益，更具有现实操作性。
科技部21世纪议程管理中心副主任彭斯震2010年7月22日在《CCS在中国：现状、挑战和机遇》报告发布会上表示，目前中国的首要任务是保障发展，CCS技术建立在高能耗和高成本的基础上，该技术在中国的大范围推广与应用是不可取的，中国当前应当更加重视拓展二氧化碳资源性利用技术的研发。他强调：“今后会有越来越多的人用CCUS(碳捕集再利用与封存)代替CCS(碳捕集与封存)。对中国来说，我们也更青睐CCUS。”第三届中国（太原）国际能源产业博览会上，CCUS（碳捕获、利用与封存）成为热门话题。中国工程院院士、清华大学教授倪维斗在博览会上说“中国CCUS目前有很大潜力，应尽快启动”。
二氧化碳的资源化利用技术有合成高纯一氧化碳、烟丝膨化、化肥生产、超临界二氧化碳萃取、饮料添加剂、食品保鲜和储存、焊接保护气、灭火器、粉煤输送、合成可降解塑料、改善盐碱水质、培养海藻、油田驱油等。其中合成可降解塑料和油田驱油技术产业化应用前景广阔。
二氧化碳降解塑料
二氧化碳降解塑料属完全生物降解塑料类，可在自然环境中完全降解，可用于一次性包装材料、餐具、保鲜材料、一次性医用材料、地膜等方面。二氧化碳降解塑料作为环保产品和高科技产品，正成为当今世界瞩目的研究开发热点。利用此技术生产的降解塑料，不仅将工业废气二氧化碳制成了对环境友好的可降解塑料，而且避免了传统塑料产品对环境的二次污染。它的发展，不但扩大了塑料的功能，而且在一定程度上对日益枯竭的石油资源是一个补充。因此，二氧化碳降解塑料的生产和应用，无论从环境保护，或是从资源再生利用角度看，都具有重要的意义"para" label-module="para">
研究现状
美国、日本、德国和中国等国的企业在二氧化碳基聚合物领域进行了大量的研发工作。
美国
2010年8月上旬，美国Novomer公司获得美国能源部(DOE)1840万美元的资助，将加快该公司二氧化碳制塑料生产线实现商业化。Novomer公司的技术使用二氧化碳和环氧丙烷生产聚丙烯碳酸酯(PPC)树脂。PPC树脂可用于涂料、表面活性剂、软包装和硬包装以及纤维等，并且可实现生物降解。
Novomer公司已经在其合作伙伴伊士曼柯达(Eastman Kodak)公司的生产装置中进行二氧化碳制塑料的小规模生产。据称，使用二氧化碳生产应用于涂料和胶粘剂的低分子量热固性多元醇可望于2011年实现商业化，高分子量热塑性聚合物可望于2012年实现商品化。
中国
中国企业在二氧化碳制塑料方面已经处于世界领先地位。江苏中科金龙化工股份公司早于2007年就形成了2.2万吨/年的二氧化碳树脂生产能力(一条2000吨/年和一条20000吨/年的生产线)，该项目采用中科院广州化学所技术。中科金龙已经开发了二氧化碳树脂在涂料、保温材料、薄膜等多个领域的应用。中科金龙公司计划在2015年前实现10万吨/年的二氧化碳树脂产能。
日本
日本研究人员日前开发出一种新技术，使二氧化碳能转变为用于合成塑料和药物的碳资源，从而变“害”为宝。二氧化碳的化学性质非常稳定，不容易与其他物质发生反应，因此在工业领域仅用于生产尿素和聚碳酸酯等。东京工业大学教授岩泽伸治等人发现，碳化合物经过处理后可以与二氧化碳结合，形成新的碳物质。相关论文已经刊登在新一期《美国化学学会会刊》上。
德国
拜耳材料科学公司和两家合作伙伴已获得德国政府的资助，将共同开发基于二氧化碳原料的聚氨酯生产方法。德国联邦教育研究部将在未来三年里为该项目投入450多万欧元，研究目的是采用二氧化碳废产物生产出聚醚多元醇聚碳酸酯(PPP)。
德国最大电力公司RWE Power International公司和位于德国亚琛的亚琛工业大学也将参与由总部位于德国Leverkusen的拜耳材料科学发起的这一项目。此外，将在Leverkusen兴建一座采用上述新工艺的试验工厂。
该工艺中使用的二氧化碳将来自于RWE Power公司在德国Niederaussem的工厂，该厂的一座煤创新中心内设有一套二氧化碳洗涤装置。由此工艺生产出的PPP材料可用在建筑隔热和轻型汽车零部件中。
产业化遭遇的三大难题
作为化学方法固定二氧化碳的方向之一，二氧化碳制塑料对实现碳捕集、封存与利用具有重要意义。一方面，二氧化碳制塑料可以在很多领域替代传统塑料，从而减少了生产传统塑料过程中的碳排放；另一方面，生产一吨树脂消耗0.4-0.5吨左右的二氧化碳，也体现了二氧化碳资源化利用的经济价值。二氧化碳制塑料与强化采油(CO2-EOR)类似，在减少CO2排放的同时，可为企业带来收益。
业内人士表示，尽管目前我国在二氧化碳制塑料这一领域已经取得突破性进展，但由于种种原因，目前国内二氧化碳降解塑料产业进展迟缓，相关技术的利用，只有中海油等“高端玩家”才“玩得起”。
一是成本压力太大。目前我国开发成功的二氧化碳降解塑料技术主要有4种，在这4种技术中，实现了产业化的有3种。由于这些项目规模小，目前只能小批量生产，产量低、价格贵。此外，项目所需主要原料之一环氧丙烷和环氧氯丙烷价格也很高，再加上不菲的新产品推广费用，导致二氧化碳降解塑料的最终成本高达18000元/吨以上。在石油基塑料价格随石油价格走低的情况下，二氧化碳降解塑料企业的成本压力越来越大。
二是投资风险大。“就单位产品投资额而言，二氧化碳降解塑料项目的投资额比煤制油还高，一个1万吨/年二氧化碳降解塑料项目，往往需要1.4亿元以上的资金投入，单从经济效益考虑，项目的投资风险是很大的。”广州天成生物降解材料有限公司项目部经理陆斌说。中海石油化学股份公司和内蒙古蒙西高新集团负责人也坦承，如果不计算节能减排和环保效益，二氧化碳降解塑料项目根本不赚钱甚至会赔钱。
三是需求小、销售难。据介绍，二氧化碳降解塑料的价格始终高于石油基塑料1.5~2倍。加之其热稳定性、阻隔性、加工性与石油基塑料存在一定差距，限制了其只能在食品包装、医疗卫生等有特殊要求的极少数领域使用，无法在需求巨大的薄膜、农地膜等领域推广应用。不仅如此，即便在有限的食品包装、医疗卫生领域，也面临聚乳酸、聚乙烯醇、聚丁二酸丁二醇酯等降解塑料的冲击与竞争，使得二氧化碳降解塑料的消费市场十分狭小，产品销售困难。
二氧化碳合成全降解塑料技术是世界关注的重要热点之一。目前市场上的塑料制品大多以石油为原料制成，成本高，且使用后不易降解，污染环境。运用该技术后，可将二氧化碳废气回收代替石油，直接生产全降解塑料制品。该技术一方面可以减少二氧化碳的排放，节约石油资源；另一方面合成的塑料可完全生物降解，能从根本上解决“白色污染”危害，是一种典型的循环经济技术模式。
二氧化碳驱油
二氧化碳驱油，是一种把二氧化碳注入油层中以提高油田采收率的技术。在二氧化碳与地层原油初次接触时并不能形成混相，但在合适的压力、温度和原油组分的条件下，二氧化碳可以形成混相前缘。超临界流体将从原油中萃取出较重的碳氢化合物，并不断使驱替前缘的气体浓缩。于是，二氧化碳和原油就变成混相的液体，形成单一液相，从而可以有效地将地层原油驱替到生产井。应用混相驱油提高石油采收率的一个关键性参数是气体与原油的最小混相压力（MMP），MMP是确定气驱最佳工作压力的基础。一般情况下，因为混相驱油比非混相驱油能采出更多的原油，所以希望在等于或略高于MMP下进行气驱。如果压力远高于MMP，就容易造成地层破裂，无法保障生产过程的安全性，其结果是不仅不能大幅度提高原油产量，还会降低经济效益。二氧化碳驱油一般可提高原油采收率7%~15%，延长油井生产寿命15~20年。
研究现状
美国是应用二氧化碳驱油研究试验最早、最广泛的国家。从1970年开始，美国就在得克萨斯州把二氧化碳注入油田作为提高石油采收率(EOR)的一种技术手段，至2006年已有70多个类似的项目，每年注入二氧化碳总量达2000万～3000万吨，其中大约有300万吨二氧化碳来源于煤气化厂和化肥厂的尾气，大部分从天然的二氧化碳气藏采集。至今还在使用。CO2-EOR混相驱油提高采收率范围在4%～12%之间，纯净CO2注入储层，占储层中流体体积的10%～45%。与CO2-EOR混相驱油项目相比，CO2-EOR非混相驱油项目较少。非混相驱油需要380m3CO2驱替1桶原油(760kg/b)。可最大提高采收率20%。
我国的大庆油田和江苏油田都曾开展过驱油相关研究。1984年，大庆油田在萨南东部过渡带进行二氧化碳驱油的矿场试验研究，该项目首先与国外公司合作，1993年6月结束，1994年大庆继续开展试验，直到1995年底结束。驱油试验当时可能主要考虑到增加石油产量，缺少对二氧化碳在地下运移、富集的监测研究。
2006年，在中国石油集团领导的支持下，中国石油勘探开发研究院和吉林油田发起组织，联合中科院地质与地球物理所、华中科技大学、北京大学、清华大学和中国石油大学等单位，向科技部申请了《温室气体的资源化利用和地下埋存》国家973基础研究项目，并得到了批准。项目组立足于中国陆相油藏储层特点和原油性质，发展完善了二氧化碳混相驱油、埋存评价等关键理论与方法，以减排利用火山岩天然气藏开发过程中副产的二氧化碳为目标，初步形成二氧化碳驱油与埋存的配套技术，并在吉林大情字井现场试验中得到成功应用，奠定了我国利用二氧化碳驱油实现温室气体减排和资源化利用的产业模式基础。
应用前景
二氧化碳驱油提高采收率和封存技术已经成为经济开发和环境保护上实现双赢的有效办法，实现温室气体的资源化利用并提高油气采收率前景可期。国内外大量的研究和现场应用已经证明，向油层中注入二氧化碳混相驱或非混相驱能够大幅度提高采收率。据2010年《油气杂志》报道，美国利用二氧化碳驱技术已经采出了大约15亿桶原油，根据美国能源部国家能源技术实验室（NETL）的评价结果，美国利用二氧化碳驱的增油潜力达340亿桶。
根据1998年《中国陆上已开发油田提高采收率第二次潜力评价及发展战略研究》的结果，仅在参与评价的79.9亿吨常规稀油油田储量中，适合二氧化碳驱的原油储量约为12.3亿吨。另外我国现已探明的63.2亿吨低渗透油藏储量，尚有50%左右未动用。开发这些储量，二氧化碳驱油比水驱油具有明显的优势。
此外，二氧化碳在提高稠油油藏采收率、提高煤层气和天然气采收率领域也具有很好的应用前景。“具体到我国，当前和今后一段时期，二氧化碳减排必须走高效利用之路，二氧化碳驱油提高采收率和埋存技术必定具有广泛的应用前景”。
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低碳产业产业技术