全球CCS/CCUS項目實(shí)踐得失

隨著(zhù)全球各國減碳趨勢的加強，油氣行業(yè)作為關(guān)鍵碳排放大戶(hù)，在能源轉型戰略中居于重要地位，多個(gè)歐美國際化經(jīng)營(yíng)的油公司都出臺了減碳目標和遠景規劃，主動(dòng)采取措施降低油氣勘探開(kāi)發(fā)生產(chǎn)和煉化銷(xiāo)售活動(dòng)中產(chǎn)生的二氧化碳和甲烷等溫室氣體的排放，并在環(huán)保和資本市場(chǎng)的壓力下加大對減碳新技術(shù)的投資和推廣力度。

碳捕集、利用和封存技術(shù)(CCS/CCUS)作為一項綜合性技術(shù)，在全球已經(jīng)有近30個(gè)工業(yè)化運營(yíng)項目，在歐洲以海上CCS項目為主，在北美以二氧化碳-EOR(提高采收率)為代表的CCUS技術(shù)已經(jīng)非常成熟。在碳減排驅動(dòng)下，2020年后全球新規劃的碳減排項目多以CCS為主要目標，當CCS作為一項區別于CCUS技術(shù)單獨應用時(shí)，不再是二氧化碳驅油技術(shù)的簡(jiǎn)單延伸，而具有其特殊性和復雜創(chuàng )新性的一面，尤其是地下二氧化碳聚集體在埋存層位的運移規律，以及與原始地層流體間的多種物理化學(xué)相互作用存在多種未知機理等。

國際油氣公司主要CCS/CCUS項目喜憂(yōu)參半

雖然CCS/CCUS技術(shù)應用具有前景，國家石油公司有動(dòng)力推動(dòng)CCS/CCUS項目建設，但部分項目表現不佳，面臨巨大的財務(wù)、技術(shù)挑戰，缺乏成熟的商業(yè)模式、穩定的收入來(lái)源，導致成本居高不下，難以從碳減排中得到回報，項目運行喜憂(yōu)參半。

美國彼得諾拉百萬(wàn)噸CCUS項目于2016年投產(chǎn)，項目依附于NRG電力公司位于休斯頓西南郊的電廠(chǎng)4套煤電機組之一的8號機組，目的是捕集該機組1/3的碳排放。該項目于2013-2014年高油價(jià)期間建造啟動(dòng)，在2020年由于低油價(jià)而暫停。雖然該項目由于商業(yè)原因被中斷，但該項目總體上技術(shù)是成功的，基本實(shí)現了項目最初的捕集和注入承諾，為電力行業(yè)與油氣行業(yè)聯(lián)手進(jìn)行能源轉型提供了非常寶貴的操作經(jīng)驗，也讓業(yè)界認識到跨行業(yè)能源轉型合作項目管理的復雜性。

澳大利亞高更CCS項目由雪佛龍公司運營(yíng)，從高更海上氣田天然氣中剝離出二氧化碳雜質(zhì)，壓縮液化后回注至400米厚的含水砂層。高更項目2016年開(kāi)始產(chǎn)氣，每年從天然氣中分離出約400萬(wàn)噸二氧化碳，原本目標是在產(chǎn)氣后5年內將二氧化碳排放量降低80%，但由于技術(shù)問(wèn)題，CCS項目直到2019年才投入運行，截至2021年中CCS項目累計只封存了32%的氣田產(chǎn)出二氧化碳，埋存井注入能力(210萬(wàn)噸/年)只有項目設計(400萬(wàn)噸/年)的一半。為了滿(mǎn)足雪佛龍對澳大利亞政府的減碳承諾，該公司不得不于2021年在澳大利亞碳交易市場(chǎng)上花費2億多美元購買(mǎi)碳稅抵免。

即便如此，該項目在2016-2021年運行中的糟糕表現讓全世界許多對CCS項目持懷疑態(tài)度的公眾人士和機構找到了充分的批評理由。

雖然部分項目飽受爭議，但是從全世界范圍看，CCS/CCUS仍是眾多大型油公司穩步綠色發(fā)展的發(fā)力點(diǎn)，并取得了積極進(jìn)展。

挪威國家石油的斯萊普內爾和斯諾威特是歐洲兩個(gè)最悠久最成功的海上CCS項目，都是將天然氣田分離出的二氧化碳回注至產(chǎn)層以上或以下的鹽水砂巖層。斯萊普內爾項目1996年投產(chǎn)，每年通過(guò)水平井注入地層約100萬(wàn)噸在海上平臺就地分離的二氧化碳，目前每天注入能力約2000立方米。斯諾威特項目從2008年投產(chǎn)后年設計注入量約70萬(wàn)噸。

基于這兩個(gè)項目的成功，挪威國家石油正在與殼牌和道達爾合作，推進(jìn)北極光CCS項目。該項目將從奧斯陸多個(gè)包括垃圾發(fā)電廠(chǎng)、水泥廠(chǎng)在內的工業(yè)氣源捕集二氧化碳，于2019年獲得政府許可，目前船運接收碼頭等基礎設施正在建設中，第一口二氧化碳注入井已于2020年完工，2022年將完成第二口注入井，兩艘定制的液態(tài)二氧化碳專(zhuān)用運輸船計劃于2024年上半年交付，該項目預計2024年投入運行，將成為歐洲的旗艦CCS項目，年注入量150萬(wàn)噸二氧化碳。

殼牌從2015年11月開(kāi)始，將加拿大阿爾伯塔重油升級項目SMR制氫裝置產(chǎn)生的二氧化碳副產(chǎn)品用液氨吸收捕集，分離出的二氧化碳在液壓后通過(guò)64公里管線(xiàn)輸送至3口注入井，注入埋深2000-2500米的鹽水層，年注入量約100萬(wàn)噸，目前封存超過(guò)約600萬(wàn)噸。投資約13.5億加元(66%來(lái)自政府)，項目未超支未逾期。在該項目的成功基礎上，殼牌珍珠CCS項目計劃于2025年啟動(dòng)，二氧化碳捕集自斯科特福德煉廠(chǎng)和化工廠(chǎng)。

加拿大塞諾佛斯公司的韋伯恩-米戴爾 CCUS項目從美國北達科他州的煤炭氣化和煤電廠(chǎng)捕集，用于其在韋伯恩油田的EOR項目(注入量6500噸/天)，以及阿帕奇公司的米戴爾油田EOR(1200噸/天)，該項目于2000年10月啟動(dòng)，投資8000萬(wàn)美元，美加政府共提供約520萬(wàn)美元，每年注入300萬(wàn)噸，已累計注入3000萬(wàn)噸。

美國OXY公司的龍舌蘭CCUS項目是該國目前捕集規模最大的CCUS項目，于2010年啟動(dòng)。2010年投產(chǎn)的1號生產(chǎn)線(xiàn)年捕集500萬(wàn)噸二氧化碳，2012年投產(chǎn)的2號生產(chǎn)線(xiàn)將年捕集能力增加到840萬(wàn)噸，通過(guò)管線(xiàn)輸往位于德州西部二氧化碳管網(wǎng)中樞，再進(jìn)入OXY在二疊盆地的眾多EOR油田。

美國?？松梨诘奶K特克里特CCUS項目位于懷俄明州拉巴奇氣田，將該氣田處理分離后的硫化氫被轉為與二氧化碳混合成高濃縮酸性氣體(60%硫化氫+40%二氧化碳)，又被注回原產(chǎn)氣層，年回注量約40萬(wàn)噸。經(jīng)過(guò)歷年多次擴建改造，該設施的二氧化碳年捕集能力逐漸增加到700萬(wàn)噸。2022年2月，美孚再次通過(guò)擴建投資決定，將現有的每年的600萬(wàn)-700萬(wàn)噸捕集量再增加120萬(wàn)噸，擴建設施將于2025年投產(chǎn)。

國際油公司CCS/CCUS面臨技術(shù)、經(jīng)濟與法律挑戰

目前CCUS最大市場(chǎng)是提高油田采收率，對油公司二氧化碳商業(yè)化應用而言，CCUS無(wú)疑是最佳選擇。

美國擁有全球最成熟的二氧化碳-EOR技術(shù)和悠久實(shí)踐，目前全美約35萬(wàn)桶/天的原油產(chǎn)量來(lái)自二氧化碳-EOR項目，最大二氧化碳-EOR產(chǎn)區位于二疊盆地，主要二氧化碳用戶(hù)的OXY公司每年注入量超過(guò)2000萬(wàn)噸。這些低成本的天然二氧化碳氣源供應了美國二氧化碳-EOR用氣的大部分，但對油公司的減碳目標并無(wú)意義，只有不到30%氣源來(lái)自工業(yè)捕集(包括天然氣處理廠(chǎng))。如何從政策上鼓勵作業(yè)者從天然氣源轉向工業(yè)氣源，才能真正體現出油氣行業(yè)通過(guò)二氧化碳-EOR實(shí)現碳中和的目的和意義。

挪威政府自1991年起即開(kāi)始對工業(yè)性二氧化碳排放征收懲罰性碳稅(約70美元/噸)，2030年將增至237美元/噸，這也是20世紀90年代挪威國家石油公司率先啟動(dòng)全球最早的北海CCS項目的原因。

為了鼓勵工業(yè)性碳減排，美國國會(huì )2008年出臺了45Q政策，開(kāi)始對人工捕集并埋存二氧化碳的做法進(jìn)行退稅獎勵。如果沒(méi)有45Q這樣的國家政策支持，類(lèi)似PetraNova這樣的項目在美國是無(wú)法想象的。為了響應減碳理念，北美油氣界還提出了所謂的“負碳石油”或者“綠色石油”概念。OXY公司2022年3月宣布將在二疊盆地興建大型空氣直接捕集二氧化碳裝置，利用當地大量的低價(jià)伴生氣，使用天然氣發(fā)電機組在純氧燃燒+燃燒后二氧化碳捕集條件下實(shí)現發(fā)電機組本身的零污染和零碳排放。

不過(guò)要實(shí)現“綠色石油”并不容易，從北美作業(yè)者經(jīng)驗看，在現有商業(yè)模式理念下，二氧化碳-EOR項目只能是在滿(mǎn)足驅油經(jīng)濟性為首要目標的條件下，兼顧埋存需要，在項目早期通常能明顯體現出碳中和的優(yōu)勢，到了中后期，從產(chǎn)出液中分離出的循環(huán)二氧化碳比例越來(lái)越高，外購二氧化碳從相對比例上不斷減少(絕對數量可能增加)，而且由于后期隨著(zhù)采收率的提高，驅油效率降低，驅油難度不斷增大，新增每桶原油所消耗的二氧化碳注入量和成本也會(huì )增加，最終項目經(jīng)濟性也不斷降低。在這個(gè)階段，除非政府能加大對碳埋存的財稅鼓勵措施，促使作業(yè)者在開(kāi)發(fā)后期能有意識在EOR驅油與碳埋存這兩個(gè)相互矛盾的目標之間主動(dòng)偏向后者，將更大范圍的非驅油用地下孔隙體積開(kāi)放給碳埋存，否則二氧化碳-EOR項目的碳中和能力將不斷下降。

與此同時(shí)，由于CCS/CCUS項目應用時(shí)間有限，地下封存的安全性尚未完全得到時(shí)間檢驗，由此在西方國家除了技術(shù)性和經(jīng)濟性挑戰外，新項目還面臨著(zhù)法律挑戰。在CCS項目成規模推廣前，政府必須明確CCS項目法律責任主體：埋存層位礦權歸屬，捕集二氧化碳產(chǎn)權的轉移和歸屬，二氧化碳地下封存長(cháng)期風(fēng)險責任最終歸屬。美國各州正在搭建中的法律框架路線(xiàn)圖包括下面幾種處理方式：

一是當CCS項目停止注入后，在滿(mǎn)足棄井條件后，由州政府接管碳埋存法律責任;二是政府和民間建立埋存基金，由二氧化碳排放單位按捕集量付費;三是政府建立埋存基金，征收碳稅+多種途徑繳納風(fēng)險基金。

CCS/CCUS實(shí)踐是油氣行業(yè)在完全轉型之前一種過(guò)渡方式

盡管全球氣候變化的壓力與日俱增，但從可持續發(fā)展角度看，油氣行業(yè)能源轉型從近期看只能是從低碳油氣方式開(kāi)始，即在油氣生產(chǎn)、運輸、銷(xiāo)售過(guò)程中采用多種方法來(lái)降低碳足跡。這樣既避免了打斷能源市場(chǎng)的正常供給，也確保了油氣行業(yè)自身能夠以時(shí)間換空間，在轉型過(guò)渡期內用油氣板塊的收益來(lái)支持新能源板塊業(yè)務(wù)的研發(fā)需要和項目投資，最終實(shí)現多種能源方式互補共存的碳中和生態(tài)系統。

對比2022年歐洲能源市場(chǎng)在多重危機下的動(dòng)蕩和美國能源市場(chǎng)的相對穩定，不難看出可持續性發(fā)展的重要性。作為主動(dòng)減碳的最主要方式，雖然CCS/CCUS面臨著(zhù)技術(shù)不成熟、技術(shù)擴展難度大、應用成本高等諸多瓶頸，但是不失為油氣行業(yè)在完全轉型為新能源之前的一種過(guò)渡方式。從這個(gè)意義上，海底碳封存作為

海洋油氣開(kāi)采技術(shù)的自然延伸，有望隨著(zhù)CCS/CCUS技術(shù)的成熟和擴張而獲得進(jìn)一步應用和發(fā)展。

在CCUS/CCS產(chǎn)業(yè)鏈里，碳捕集是成本最高的環(huán)節，特別是從煤電廠(chǎng)捕集，這也是各公司應用研究較集中的部分。多家國際油公司近年都在現有油氣開(kāi)發(fā)項目中增加了CCS/CCUS內容的投資，并與外部小型初創(chuàng )公司合作，通過(guò)風(fēng)險投資，依賴(lài)外部力量來(lái)推動(dòng)CCS/CCUS技術(shù)的研發(fā)創(chuàng )新。

從全球油氣能源行業(yè)多個(gè)CCS/CCUS項目案例看，成本高、執行難度大已經(jīng)成為推廣CCUS項目的主要阻力，雖然從發(fā)展觀(guān)點(diǎn)看，CCS/CCUS產(chǎn)業(yè)鏈的每一個(gè)環(huán)節都存在改進(jìn)和降本空間，但是縱觀(guān)全球，除了技術(shù)創(chuàng )新和改進(jìn)外，政府的支持力度對CCS/CCUS的推廣至關(guān)重要。一旦解決了經(jīng)濟性的問(wèn)題，技術(shù)擴展的問(wèn)題才有望通過(guò)更多公司的參與，通過(guò)漸進(jìn)式的技術(shù)創(chuàng )新而獲得解決。

比起油氣開(kāi)采技術(shù)，CCS/CCUS技術(shù)仍處于早期階段，需要在實(shí)踐中不斷優(yōu)化，包括高更和彼得諾拉這樣的項目并未完全實(shí)現其最初的宏偉減碳目標，其原因在于未能很好地解決關(guān)鍵流程技術(shù)，它們?yōu)槟茉葱袠I(yè)的其他CCS/CCUS項目提供了有益的經(jīng)驗和教訓。

歐洲大型油公司無(wú)疑是全球能源轉型的行業(yè)領(lǐng)軍者，它們已經(jīng)身體力行地率先對海上風(fēng)電、光伏等可再生能源及海上CCS/CCUS項目進(jìn)行了長(cháng)期大規模投資并獲得了實(shí)際經(jīng)驗，已將他們在海洋油氣工程采辦和項目管理方面的技術(shù)和管理優(yōu)勢轉化為海上能源轉型領(lǐng)域內的真正優(yōu)勢。

基于北美在二氧化碳-EOR領(lǐng)域的傳統優(yōu)勢和經(jīng)濟性考量，北美大型油氣公司則更專(zhuān)注于針對EOR的CCUS。與此同時(shí)，他們也加強了生物燃料和空氣直接捕集方面的投入和研發(fā)。雪佛龍公司也從2020年起投資了研發(fā)空氣直接捕集的初創(chuàng )公司。