深瞳工作室出品

    科技日报记者 崔爽 策划 刘恕 李坤

    “我们是拎着板砖去答辩的。”北京科技大学能源与环境学院、碳中和研究院教授苏伟接受采访时说。

    他手里的“板砖”来头不小，“我们每分钟呼出的二氧化碳可以固定在这块砖里”。

    苏伟团队被称作“老师队伍里的工程师”。过去一年，他们深入产业一线，用技术把钢铁生产过程中产生的二氧化碳和钢渣结合，做成板砖，变废为宝。

    除了苏伟的这个叫作“钢渣选择性调控碳化及资源化一体化技术”的项目，用合成生物技术培养细菌去“吃”二氧化碳、用绿电电解二氧化碳制成绿色航空燃料等项目也参加了“碳寻计划”的角逐。

    近日，“碳寻计划”公布终选名单，13个项目从300多个项目中脱颖而出，共获得亿元级资金和资源支持。

    “碳寻计划”是由腾讯发起的碳捕集、利用与封存（CCUS）技术资助计划，旨在寻找该领域最前沿技术，帮助其落地工业场景。这些得到支持的项目将进入商业示范阶段，向更大规模、更低成本、更高效能进发。

    “国内CCUS技术发展仍处于从研发到工业示范阶段，每种技术路线距离实现规模化、商业化应用都还有较大差距。”中国21世纪议程管理中心全球环境处（气候变化国际合作处）处长张贤直言，“CCUS对于碳中和目标的实现不可或缺，我们必须拥有充足的技术储备和商业化经验，来打造一艘‘诺亚方舟’，载着人类驶向一个理想中的‘零碳未来’。”

    “沸腾时代”的“碳捕手”

    气候变化正对全球产生持续而深刻的影响。

    截至今年6月，全球平均气温已连续12个月比工业化前水平高出1.5℃，创下有记录以来的高温值。

    去年7月，联合国秘书长安东尼奥·古特雷斯就发出警告：全球变暖时代已经结束，全球“沸腾时代”已经到来。

    应对全球气候变暖，没有人可以置身事外。2022年举办的《联合国气候变化框架公约》第二十七次缔约方大会通过了“沙姆沙伊赫实施计划”，重申了《巴黎协定》“将全球平均气温较工业化前水平上升幅度控制在2℃以内”的长期目标，再次敦促各国逐步减少未加装减排设施的煤电。

    根据联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）第六次气候变化评估报告，要实现这一目标，当前全球二氧化碳排放预算到本世纪末仅剩约1.15万亿吨，而2010—2019年间全球二氧化碳排放量约占这一预算的三分之一。在全球变暖不断加剧的情况下，即使做到完全不排放，为了减碳，也需要把之前排放的二氧化碳捕捉回来。

    “CCUS是一项‘兜底’技术。”张贤表示，在不可能完全放弃化石能源的前提下，CCUS技术作为碳中和技术体系中不可或缺的组成部分，是实现《巴黎协定》温控目标的关键技术手段和托底技术保障。

    这是一项被定义了两次的技术：2011年，科技部发布《中国碳捕集、利用与封存（CCUS）技术发展路线图研究》（以下简称《路线图》），把CCUS技术定义为“应对气候变化的战略储备技术”；2019年，科技部更新发布《中国碳捕集利用与封存技术发展路线图（2019版）》，将CCUS技术重新定义为“可实现化石能源大规模低碳利用的战略储备技术”。

    事实上，CCUS技术体系是相关技术的集合，涵盖二氧化碳捕集、运输、利用以及地质封存等各项技术。随着技术不断推陈出新，这一技术体系正在逐步完善和丰富，有望为钢铁水泥等难减排行业深度脱碳提供可行技术方案，成为未来支撑碳循环利用的主要技术手段。

    据不完全统计，截至2023年底，我国已投运和规划建设中的CCUS示范项目已超过100个，其中已投运项目超过半数，具备二氧化碳捕集能力约600万吨/年，注入能力约400万吨/年。

    “从技术上讲，无论是技术成熟度还是技术先进程度，我们跟欧美都是并跑的，整体处于工业化示范阶段，但在数量和规模上欧美更胜一筹。”张贤说。

    同时，他表示，CCUS不同技术环节的成熟度也有较大差异。以二氧化碳捕集为例，空气直接捕集技术处于实验室研发阶段，电厂点源排放的二氧化碳捕集技术已达到工业示范阶段。而二氧化碳利用技术的成熟度较高。

    跨过CCUS“死亡之谷”

    记者在北京科技大学“百年矿业史传承基地”矿石展厅看到，各式各样的石头摆放其中，既有我们常见的大理石、花岗岩，也有形态各异、璀璨耀眼的珍稀宝石。这些矿石陈列中，有一块另类的“砖”，是由钢铁生产过程中产生的“二废”——二氧化碳和钢渣结合制成的。

    全世界每年生产18亿吨钢铁，其中我国生产了超10亿吨，如何处理废气、废料等“副产品”，是一个无法回避的问题。

    “孩子活泼不是孩子的错，要找到合适的培养方案。”苏伟开起玩笑，他口中的“活泼孩子”就是钢渣中的不安定组分。

    苏伟团队把钢渣磨成粉，再把从工业废气中二氧化碳捕集下来固定在粉末中，模拟天然矿物成岩的过程，将钢渣和二氧化碳结合形成碳化微粉、碳化材料，制成质地更加坚硬的建筑材料，用来铺路、盖房、填充矿井，甚至制成工艺品，解决了钢渣资源化利用过程中的安定性难题，同时又固定了二氧化碳。

    不过，要让成果从实验室走到生产线，中间横亘着让九成技术折戟沉沙的“死亡之谷”。苏伟谈到，在实验室里，大家关注的是碳化时间、二氧化碳深度调控等核心工艺指标的单点突破，而到了工业场景，“人、机、料、风、水、电”一系列问题接踵而至。比如，固碳的砖和普通砖一样耐用吗？它是否足够抗压？这些问号都需要高额的试错成本来拉直。

    这不光是苏伟团队面临的问题，而是CCUS领域众多创新技术团队面临的共同难题。CCUS技术在从科研试验走向大规模应用的过程中，面临着风险大、成本高、建设周期长、基础数据缺失等一系列挑战，急需资金、技术等方面的支持，以加速规模化落地。

    “事实上，许多新兴CCUS技术在国际上仍处于研发阶段，技术前景尚不明朗。”张贤并不讳言，由于CCUS成本高，存在多种技术路线，再加上减排技术本身也需耗能，当前行业对CCUS的价值认知并不统一。

    但在腾讯可持续社会价值副总裁许浩看来，之所以在尚存争议时就下决心资助CCUS，一方面，根据国际能源署测算，2050年全球能源系统如果要达到零排放，CCUS的减排量需要达到8%，而目前这个数字只有0.13%。“只有从今天开始做，到2050、2060年这些技术才能成熟到以足够低的成本实现规模化。”许浩说。

    另一方面，CCUS技术发展处于早期，缺乏资金支持，就意味着技术从实验室落地工业场景的过程面临巨大的失败风险。

    然而，这正是社会资本可以“补位”的地方。作为中国CCUS领域首个由科技企业发起的亿元级资助计划，“碳寻计划”通过灵活的催化性资本，连接研发端和产业端力量，帮助CCUS技术跨过“死亡之谷”。

    “评审委员会既有专家，也有产业界和投资界合作伙伴，技术方、应用方和投资方在一起，才能更好地考虑应用场景和未来的商业模式，助推技术走出实验室，加快技术场景落地。”许浩说。

    除了资金支持，“碳寻计划”还给苏伟团队与河钢集团“牵线”。这如同一剂催化剂，点燃了团队的热情。

    “我们原先设想的是‘百吨碳、千吨渣、万棵树’，也就是捕集100吨二氧化碳，利用1000吨钢渣，相当于种植1万棵树。”苏伟说，现在有了资助，有了众多合作伙伴的紧密合作，产生了意想不到的倍增效应。“我们设想的数字扩大了10倍，今年年底将建成‘千吨碳、万吨渣、十万棵树’的示范项目。”

    为产业化“铺路”

    针对不同阶段与类别的项目，“碳寻计划”开放试点支持、初创孵化、能力建设三大创新赛道。

    试点支持主要聚焦前沿技术的工业场景示范项目，初创孵化偏向于加速有正向经济性的早期创业项目的商业孵化，能力建设则支持构建行业基础能力、数据和标准，如数据库、固碳效益监测工具、数字化能力等，推动前沿技术走向规模化应用。

    张贤眼里，入选项目“各有各的故事，让人眼前一亮”。

    “碳寻计划”试点支持赛道的技术主要覆盖钢铁和电力两大减排重点领域。“以前企业用的化石燃料越多，那么竞争力就越强，现在是谁能把二氧化碳‘抓’起来，谁就赢得了竞争力。”河钢集团可持续发展研究中心主任、首席研究员田京雷说。

    “河钢集团在2021年布局CCUS技术时，因为技术还不成熟，并没有大的投入计划。”田京雷回忆，“如果只有我们自己，可能不会走得这么快，‘碳寻计划’给我们的不仅仅是经费的支持，更坚定了我们要把CCUS技术产业化的信心。”

    初创孵化赛道里，终选项目聚焦二氧化碳利用领域。这些技术用十八般武艺让二氧化碳上演“变形记”，让它变成低成本的衣服、食品、燃料等。天津费曼动力科技有限公司用绿电电解二氧化碳，制成便宜的绿色航空燃油（SAF），而SAF是一个国际性的千亿级市场；南京食气生化科技公司利用微生物编辑技术，让细菌去“吃”二氧化碳形成乙醇后，做成衣服或者食品。

    “我们的技术是把二氧化碳‘吃’掉。”南京食气生化科技有限公司负责人介绍，“一些高碳排工厂排放的大量尾气被收集过来用于培养微生物，采用微生物法高效碳转化技术，将富碳工业尾气转化为化学品。”

    简单来说，这是一个“变废为宝”的过程，二氧化碳变成长链的化合物，再把化合物分离出来。“这个生产过程安全，并且能耗低、污染少。”他说。

    这位负责人在当了7年大学老师后，选择从高校副教授的岗位上离职，全身心投入CCUS产业的探索。

    在他的描述里，这项技术未来可期：不用多久，日常衣食住行中用到的化工材料很多都是由工业废气“变废为宝”。

    能力建设赛道则旨在为CCUS技术“打地基”。“碳寻计划”终选名单包括中国地质调查局搭建的模型。“该研究致力于对碳排放和减排量的数据模型进行优化，考察适宜的二氧化碳封存地，并优化碳源和碳汇的匹配等。这样的能力建设有助于实现现有技术组合1+1>2的效应。”张贤说。

    自去年3月启动以来，“碳寻计划”收到300多个项目申请。评审总体要求是项目的技术路线在规模化后可以带来每年1亿吨减碳量的应用潜力，且通过资金、场景等支持能实现成本的显著下降。

    “进入终选名单项目的技术水平和国际上最顶尖的CCUS技术相当。”腾讯碳中和高级顾问翟永平表示。

    在中国科学院院士金红光看来，CCUS技术从商业上来说还在启动阶段，从科学上说也非常复杂，腾讯能够从国际视野支持这些前沿创新技术，对实现“双碳”目标有非常重要的意义。

    但在热情、雄心之外，许浩坦言，其实做好了只有部分甚至个别项目成功的心理准备。

    “走出实验室是前沿技术成果转化的第一步，只要让这个环节成功率提升一点儿，就可能产生巨大的影响。”许浩说。

    打通“最后一公里”

    我国当前阶段的CCUS项目大多处于工业示范阶段，距离大规模商业应用仍有一段距离。“CCUS技术的进一步发展，亟待政、产、学、研、金协作，高校、科研机构和初创公司携手助推CCUS的应用场景和规模。”翟永平认为。

    “成本是制约CCUS商业化发展的最大障碍。”张贤多次讲到，考虑当前成本，业内普遍认为，在当前技术发展水平不成熟的条件下，2030年前大规模推广CCUS技术面临较大技术锁定风险。比如，按照当前技术成本核算，以电厂和水泥厂为例，加装CCUS技术设备之后，每度电和每吨水泥成本涨幅可能超过50%；钢铁厂加装CCUS之后，每吨钢成本可能上涨超15%。

    他强调，降低成本最关键的还是要加快技术研发示范，加速CCUS技术迭代，“比如第二代捕集技术成本有望比第一代捕集技术降低超30%”。

    记者在采访中发现，成本是大家普遍谈及的问题。气候变暖是事关人类未来的命题，然而，再宏大的愿景落到每家企业、每个项目上，都是一笔笔具体的经济账。

    据测算，目前国内大多数CCUS示范项目的捕集成本在每吨100元到500元，化工行业捕集成本相对较低，电力、水泥等行业由于烟气二氧化碳浓度相对较低，捕集成本偏高。

    2022年国内碳市场碳交易总量为5088.95万吨，总成交额28.14亿元，挂牌协议交易成交均价58.08元/吨。而根据张贤团队的研究，当碳价格上升到350—380元/吨时，预投资的电厂将满足执行CCUS改造的条件，可以达到收支平衡。

    “通过制定激励政策把节约的减排成本给予企业，补贴终端产品、惠及消费者，打通这个传导机制是激活CCUS产业链的关键。”张贤说。

    除了成本高企不下，影响国内CCUS发展的因素是多方面的。张贤谈到，首先，CCUS技术缺乏一套成熟的法规标准体系。

    其次，CCUS项目是复杂的系统工程，涉及地上和地下空间使用、环境影响评估、安全审查等多个方面。当前我国CCUS项目主管部门和审批流程并不明确，导致企业开展CCUS工程建设“摸着石头过河”，增加项目的成本，降低了企业的投资积极性。

    另外，由于对各类CCUS技术减排量的核算方法和验证机制等方面的方法学研究尚不成熟，CCUS尚未被纳入碳市场。中国工程院院士高翔此前就表示，期待相关部门出台CCUS技术配套激励政策，通过完善碳市场交易，让CCUS项目也能参与到碳交易中，提高社会资本参与的积极性。

    近日，国家发改委、市场监管总局、生态环境部发布的《进一步强化碳达峰碳中和标准计量体系建设行动方案（2024—2025年）》提出，2024年将发布70项碳核算、碳足迹、碳减排、能效能耗、碳捕集利用与封存等国家标准，抓紧构建二氧化碳捕集、运输、地质封存全链条标准体系。

    “中国是受气候变化影响最大的国家之一。我们现在做这件事，不仅是为将来争取更大的排放和发展空间。说到底，它是关系人类可持续发展的一个问题。”张贤说，这是一个经典的“进水”“排水”问题。人类活动时刻在排放二氧化碳，这是一个无法被关上的“水龙头”。与此同时，CCUS等零排放甚至负排放技术是另一个加足马力的“抽水龙头”。

    一进一出之间，是不断融化的冰川和上涨的海平面，是与每个人休戚相关的气候未来。“参与各方都抱着积极向上、乐观兴奋的心态投入其中，大家更多考虑的是贡献。”张贤说。

    责任编辑：李梦一