Цементная промышленность является важной сырьевой отраслью Китая. Цемент широко используется в области гражданского строительства, гидротехники и других областях, играет важную роль в улучшении средств к существованию людей и содействии строительству национальной экономики. Китай является крупнейшим производителем и потребителем цемента в мире и уже более десяти лет занимает первое место в мире. Согласно статистическим данным, в 2023 году производство цемента в стране достигнет 2023 млн. тонн, что составляет 49,68% от общего объема мирового производства.

Производство цемента потребляет большое количество угля, электроэнергии и известнякового сырья, что делает его одной из отраслей с высоким потреблением энергии и выбросами углерода в Китае. Это также отрасль с наибольшими выбросами углерода в секторе строительных материалов. В 2020 году общий объем выбросов углекислого газа в промышленности строительных материалов Китая составил 1,48 млрд. тонн, из которых прямые выбросы углекислого газа в цементной промышленности составили 1,23 млрд. тонн, что составляет 83,11% от общего объема выбросов углерода в промышленности строительных материалов и 12,4% от общего объема выбросов углерода в стране.

Перспективы развития CCUS в цементной промышленности

УХУ улавливание, использование и хранение (CCUS) привлекает внимание всего мира как ключевая технология для достижения глубокого сокращения выбросов CO2 и ресурсного использования. Учитывая, что энергетическая структура Китая в основном состоит из высокого углерода, а выбросы углерода в промышленном производстве велики, энергичное продвижение технологии CCUS по сокращению загрязнения, сокращению выбросов углерода и конечному поглощению углерода обеспечит мощную поддержку для строительства экологической цивилизации Китая и достижения цели углеродного пика и углеродной нейтральности.

Выбросы углерода при сжигании цемента высоки, и CCUS является не только неизбежным выбором для цементной промышленности для достижения цели углеродной нейтральности, но и насущной потребностью в развитии. В последние годы, движимый двойной углеродной целью, правительство увеличило системную поддержку CCUS, способствуя его развитию с различных точек зрения, таких как политика, технология, промышленность, стандарты и финансы. Цементная промышленность также активно продвигает строительство проекта CCUS и добилась ряда важных успехов и результатов. Тем не менее, из — за сложного состава дымовых газов цементной печи, большого количества пыли и низкой концентрации углекислого газа, CCUS имеет очень мало случаев инженерного применения в цементной промышленности, существует высокая стоимость производства и эксплуатации, трудности с продвижением технологии и другие проблемы.

Улавливание, использование и хранение диоксида углерода (CCUS)

Китайская федерация строительных материалов изучила текущее состояние технологии CCUS в цементной промышленности как внутри страны, так и за рубежом и провела взвешенную оценку основных факторов, влияющих на применение технологии, с использованием ежемесячного метода и представила всеобъемлющий отчет. Результаты показывают, что техническая зрелость, политическая поддержка и рентабельность проектов являются тремя областями, которые в настоящее время вызывают наибольшую озабоченность в цементной промышленности. В докладе прогнозируется, что при углеродно — нейтральном сценарии к 2060 году останется около 270 кг углекислого газа. ₂/ Выбросы углерода на единицу цемента должны быть достигнуты с помощью CCUS, и необходимо ускорить развертывание CCUS в цементной промышленности.

Краткая информация об улавливании, использовании и хранении углерода (CCUS)

Улавливание, использование и хранение диоксида углерода (УХУ) — это процесс, который отделяет углекислыйгаз от промышленных процессов, энергопотребления или атмосферы и непосредственно использует или впрыскивает геологические формации для достижения постоянного сокращения выбросов CO2b. CCUS добавляет «использование» (U) в улавливание и хранение углерода (CCS) и в основном делится на этапы улавливания, транспортировки, использования и хранения в соответствии с технологическими процессами.

Технология улавливания углекислого газа — это процесс выделения и улавливания углекислого газа из промышленного производства, энергопотребления или атмосферы. Он является ключевым звеном в технологической системе CCUS и важной частью потребления энергии и затрат. Методы улавливания углерода в основном включают улавливание до сжигания, улавливание во время сжигания и улавливание после сжигания. Среди них распространенные методы улавливания после сжигания включают химическую абсорбцию, физическую адсорбцию, адсорбционное разделение (адсорбцию при переменной температуре и адсорбцию при переменном давлении), мембранное разделение, цикл кальция и низкотемпературную дистилляцию.

Транспортировка CO2 — это процесс, при котором улавливаемый или очищенный CO2 транспортируется автомобильным, железнодорожным, морским или трубопроводным транспортом в указанное место, например, в доступное или складированное место. Это промежуточное звено в технологической системе CCUS. Учитывая преимущества и недостатки различных видов транспорта, перевозка в рамках проекта CCUS требует комплексного рассмотрения с точки зрения пропускной способности, расстояния, транспортных издержек, рыночных факторов и транспортной планировки вдоль транспортных маршрутов.

Использование диоксида углерода — это процесс, который обеспечивает использование ресурсов путем использования улавливаемого диоксида углерода в инженерных целях. Основными методами использования являются:

1. Физическое использование

В основном используется в пищевой промышленности, холодильном оборудовании, пенообразующих материалах, сварке и других отраслях промышленности. Например, в пищевой промышленности углекислыйгаз используется в качестве добавки к газированным напиткам, пиву, а также в качестве хладагента (сухого льда) при транспортировке пищевой холодильной цепи; В области пенообразующих материалов углекислыйгаз используется в качестве пенообразователя для производства изоляционных материалов для экструдированных пластин; В области металлообработки углекислыйгаз используется в качестве сварного инертного газа. Однако использованный углекислыйгаз в конечном итоге будет выбрасываться в атмосферу.

2. Использование химических веществ

Химическое использование означает использование углекислого газа в качестве сырья для химических реакций с другими веществами и производства дорогостоящих химических продуктов. В настоящее время углекислыйгаз широко используется в качестве химического сырья в различных производственных процессах. Промышленные синтетические газы, такие как метан, спирты (например, метанол, этанол и т.д.), эфиры (например, диметиловые эфиры), органические кислоты (например, муравьиная кислота) и низкоуглеродные алкильные углеводороды, могут быть синтезированы путем гидрирования. Кроме того, углекислыйгаз используется для производства неорганических химических продуктов в массовых емкостях, таких как сода, сода, белый уголь, бура и различные металлические карбонаты. Тем не менее, некоторые химические продукты все еще могут повторно выделять углекислыйгаз в результате химических реакций во время последующего применения.

3. Минерализация

Минерализация означает химическое поглощение углекислого газа и его преобразование в стабильные неорганические карбонаты с использованием твердых отходов, богатых кальцием и магнием, таких как шлак, цементная пыль, порошковая зола, фосфор — гипс и т.д., при одновременном сокращении выбросов углекислого газа и получении ценных неорганических строительных материалов для повышения экономической эффективности ресурсного использования двуокиси углерода и твердых отходов.

4. Биологическое использование

Биологическое использование в основном относится к закреплению углерода организмами, поглощающими углекислыйгаз путем фотосинтеза растений в экосистемах. В настоящее время исследования в основном сосредоточены на связывании углерода микроводорослями и применении газообразных удобрений углекислого газа в сельскохозяйственных культурах. В настоящее время технология связывания углерода микроводорослей в основном использует микроводоросли для фиксации углекислого газа и преобразования его в жидкое топливо, химические вещества, биологические удобрения, пищевые продукты и кормовые добавки, а также для достижения искусственного углеродного цикла посредством связывания углерода микроводорослей. Технология удобрения углекислого газа для сельскохозяйственных культур заключается в том, чтобы регулировать углекислыйгаз, улавливаемый в энергетических и промышленных процессах, до определенной концентрации и вводить его в теплицу, чтобы повысить скорость фотосинтеза сельскохозяйственных культур и увеличить урожайность сельскохозяйственных культур.

5. Геологическое использование

Нефть / природный газ (нефть / пластовый газ, природный газ, сланцевый газ и т.д.) в основном используется для управления углекислым газом. Углекислыйгаз — это технология, которая вводит углекислыйгаз в пласт (или угольный пласт) для увеличения добычи нефти и газа. Основная цель заключается в максимизации переработки нефти и газа, а не в хранении углекислого газа. Хотя часть углекислого газа постоянно хранится в пористом пространстве, ранее содержащем углеводороды, после вытеснения нефти и газа, объем хранимого углекислого газа невелик, а срок хранения короток и может просачиваться из скважины. Таким образом, нефть / газ, движимый углекислым газом, можно рассматривать только как процесс частичного поглощения углекислого газа.

Закрытие диоксида углерода — это процесс, при котором улавливаемый углекислыйгаз вводится в глубокий геологический коллектор с помощью определенных технических средств для его долгосрочной или постоянной изоляции от атмосферы в целях сокращения выбросов углерода. Методы хранения включают главным образом геологическое и морское хранение:

1. Геологические запасы

Геологическое хранение — это процесс сжатия улавливаемого углекислого газа (критическое давление CO не менее 74 бар). ₂, Обычно 100 бар или выше, чтобы обеспечить надлежащий запас безопасности и учитывать падение давления в трубопроводе) и хранить его в геологических структурах на глубине не менее 800 метров (в настоящее время в основном в соленой воде, нефтегазовых месторождениях, угольных пластах и сланцевых месторождениях) для достижения долгосрочной или постоянной изоляции от атмосферы. В настоящее время в основном используются запасы нефти и газа.

2. Морские запасы

Существует два основных способа хранения в океане: « растворенные » морские запасы и « озерные типы» морские хранилища. Растворимые морские запасы представляют собой процесс закачки углекислого газа в глубоководный слой (обычно ниже 1000 метров) по стационарным трубопроводам или передвижным судам и его растворения в воде; Озерное морское затвердевание — это процесс, при котором углекислыйгаз закачивается в морское дно и оседает через стационарные трубопроводы или прибрежные платформы, установленные на глубине менее 3000 метров. В начальном состоянии углекислыйгаз осаждается на морском дне в жидкой форме. Поскольку его плотность выше, чем у воды, он образует « озеро», которое замедляет разложение и распространение углекислого газа в окружающую среду.

УХУ, использование и хранение (CCUS) Месторасположение

Эволюцию технологического позиционирования CCUS в различных докладах об оценке Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК) можно условно разделить на три этапа: от первоначальных « жизнеспособных решений» до « ключевых технологий» и « незаменимых» в настоящее время, постепенно разъясняя важность и важность технологии CCUS для достижения цели углеродной нейтральности во всех областях.

По мере развития и углубления понимания технологии УХУ Китай впервые представил технологию улавливания, использования и хранения диоксида углерода на Пекинской конференции в Сяншане в 2006 году, а также технологию использования ресурсов CO2. Благодаря двойной углеродной цели, с появлением новых сценариев применения и увеличением спроса на глубокие сокращения выбросов, содержание и расширение технологии CCUS обогатились и расширились. Позиция Китая в отношении технологии CCUS также постоянно пересматривается и корректируется, и она превратилась из технологии накопления углерода в ключевую углеродно — нейтральную технологию сокращения выбросов углерода.

Улавливание, использование и хранение диоксида углерода (УХУ) Политика

1. Международная политика

В целях содействия исследованиям и разработкам и созданию проектов в области технологии CCUS США, ЕС и Канада создали « четырехзначную » систему политики поддержки CCUS в области промышленного развития, технологических исследований и разработок, стандартизации и налогообложения капитала, которая эффективно способствует инновациям и строительным приложениям в области исследований и разработок в области технологии CCUS. Среди них политика финансовой поддержки, такая как налоговые кредиты, прямая финансовая поддержка и налог на углерод, сыграла важную роль в раннем строительстве проекта CCUS.

(1) США

СоединенныеШтаты являются мировым лидером в области CCUS, главным образом благодаря своей решительной финансовой и налоговой поддержке исследований и применения технологии CCUS. С 2008 года СоединенныеШтаты предоставляют налоговый кредит (налоговый кредит 45Q) для хранения CO2 в соответствии со статьей 45Q Закона о внутреннем налогообложении. В 2018 году правительство США увеличило поддержку проекта CCUS, введя более высокий налоговый кредит в размере 45Q, предоставив налоговый кредит в размере 35 долларов США за тонну для реализации проектов по добыче нефти из углекислого газа и налоговые льготы в размере 50 долларов США за тонну для проектов по хранению соленого водоносного горизонта. В августе 2022 года в США был принят Закон о сокращении инфляции (IRA), который еще больше укрепил налоговый кредит в 45 — м квартале: налоговый кредит для промышленных ССС был увеличен с 35 долларов США до 60 долларов США за тонну, а налоговый кредит для геологического хранения ССС был увеличен с 50 долларов США до 85 долларов США за тонну; Высокая субсидия для проекта прямого улавливания воздуха (DAC) повышает налоговый кредит на УХУ, улавливаемые и хранящиеся непосредственно из атмосферы, с 50 до 180 долларов США за тонну. Политика налогового кредита 45Q ускорила развертывание проекта CCUS.

(2) Европейский союз

Европейский Союз находится на переднем крае глобальной институционализации и стандартизации CCUS. В 2009 году ЕС принял Директиву об улавливании и хранении диоксида углерода (2009 / 31 / EC), первый в мире закон о УХУ. В нем содержатся четкие требования к перевозке CO2, выбору мест хранения, лицензированию разведки и хранения, мониторингу CO2 и раскрытию информации. Система торговли выбросами ЕС (EU — ETS) является первой в мире региональной и обязательной системой торговли выбросами углерода. На третьем этапе (2013 — 2020 годы) ЕС включил в эту систему проекты УХУ, трубопроводного транспорта и геологического хранения, рассматривая их в качестве единиц сокращения выбросов в рамках проектов в рамках механизма совместного осуществления. ЕС также поддерживает исследования и развертывание CCUS через различные программы финансирования исследований и разработок: с одной стороны, он оказывает финансовую поддержку проектам CCUS через инновационные фонды. В ноябре 2022 года Европейская комиссия увеличит размер инновационного фонда до 3 млрд евро. С другой стороны, развитие технологии CCUS продвигается через программу финансирования исследований « Горизонт Европа», которая предоставляет 32 миллиона евро и 58 миллионов евро на исследования и разработки CCUS в 2021 и 2022 годах, соответственно.

(3) Канада

Чтобы стимулировать частные инвестиции в проекты CCUS, Канада активно продвигает развитие CCUS с помощью таких мер, как ценообразование на выбросы углерода, инвестиционные налоговые кредиты и Правила чистого топлива (CFR), которые требуют снижения интенсивности выбросов топлива. В ноябре 2020 года правительство Канады объявило о 10 — летнем фонде низкоуглеродного топлива и топлива с нулевым уровнем выбросов в размере 150 миллионов канадских долларов для поддержки развития чистых энергетических технологий, таких как CCUS. Кроме того, правительство Канады объявило, что к 2030 году до 50% налогового кредита будет получено на стоимость оборудования для проектов улавливания углекислого газа. В 2021 году Верховный суд Канады принял Закон о ценообразовании на загрязнение парниковыми газами 2018 года, который повысит налог на углерод с 40 долларов за тонну в 2021 году до 170 долларов за тонну в 2030 году. Высокие налоги на выбросы углерода и жесткая экологическая политика побудили компании, особенно нефтегазовые компании, активно развивать проекты CCUS. Что касается углеродного рынка, то углеродный рынок в Альберте, Канада, также является крупнейшим в мире углеродным рынком для проектов улавливания и хранения углерода. Проект CCUS может быть сертифицирован через систему компенсации выбросов Альберты (AEOS), которая выдает сертифицированные сокращения выбросов и компенсирует выбросы углерода на углеродном рынке Альберты.

2. Политика Китая

После того, как китайская цель « двойного углерода» была выдвинута, различные министерства и местные органы власти последовательно обнародовали ряд политических мер вокруг цели достижения пика углерода и нейтральности углерода, построили политическую систему « 1 + N», чтобы обеспечить системную поддержку технологии CCUS из многих аспектов, таких как научно — технические исследования и разработки, демонстрационные применения, финансовые субсидии, зеленые финансы и стандартные нормы. Хотя в стране нет политики снижения налогов, некоторые провинции и города первыми ввели субсидии. Например, Шэньчжэнь может выделить до 10 миллионов юаней на демонстрационный проект CCUS, субсидируя 20 юаней на тонну углекислого газа после производства. Народный банк Китая создал «Инструмент поддержки сокращения выбросов углерода», в котором коммерческие банки могут получить финансирование от Народного банка Китая для предоставления зеленой финансовой поддержки соответствующим демонстрационным проектам CCUS. Например, проект установки каталитического крекинга мощностью в миллион тонн на нефтехимическом месторождении Цилу в Китае получил зеленый кредит от Строительного банка Китая.

В настоящее время китайская политика в основном сосредоточена на исследованиях и разработках технологий, связанных с CCUS, пилотном применении и ускорении разработки стандартов, а поддержка инфраструктурного строительства проектов CCUS относительно слаба. Это в основном связано с тем, что китайская индустрия CCUS все еще находится в зачаточном состоянии, время технологического развития относительно короткое по сравнению с развитыми странами, а общий технологический уровень относительно низок.

Обзор проекта по улавливанию, использованию и хранению углерода (CCUS)

1. Обзор глобального проекта CCUS

На глобальном уровне по состоянию на март 2024 года в мире насчитывается 564 проекта CCS / CUS, находящихся на различных стадиях реализации, 43 из которых уже введены в эксплуатацию с годовой мощностью улавливания 50,39 млн. тонн; 33 строящихся проекта с годовой рыбопромысловой мощностью 34,52 млн. тонн; 488 девелоперских проектов с годовым объемом вылова 340 млн тонн; Общая годовая мощность улова составляет 420 миллионов тонн, что на 75% больше, чем в 2022 году. С точки зрения источника углерода проекта, энергетические отрасли, такие как добыча нефти и газа, являются основным источником углерода для операционных проектов, на которые приходится около 60%; Источниками углерода для проектов в области миростроительства являются главным образом промышленность и производство электроэнергии, на долю которых приходится около 70 процентов. С точки зрения поглотителей углерода в рамках проекта основным источником поглотителей углерода в рамках эксплуатационных проектов являются залежи нефти и газа, в которых углекислыйгаз используется для повышения нефтеотдачи, что составляет около 70%; Поглотителями углерода в рамках текущих и планируемых проектов являются главным образом геологические секвестры углекислого газа, на долю которых приходится почти 80 процентов. Что касается регионального распределения, то наиболее распространенной является Америка, за которой следует Европа.

На национальном уровне США в настоящее время являются страной с наибольшим количеством проектов CCUS в мире. Проект CCUS охватывает различные отрасли, такие как производство цемента, угольная энергетика, газогенерация, сжигание отходов и химическая промышленность. В общей сложности 154 проекта находятся на разных стадиях развития, половина из которых работает по всему миру. Это в основном связано с политической поддержкой технологии CCUS в Соединенных Штатах, которая получила широкую поддержку со стороны коммерческих, академических и правительственных ведомств и сформировала масштабную производственную цепочку CCUS. Государства — члены ЕС активно продвигают развитие промышленной цепочки проектов CCS, активно строят промышленные кластеры и транспортные объекты, содействуют масштабированию и коммерциализации индустрии CCS. В то же время ЕС имеет значительное лидерство в области интеллектуальной собственности, связанной с CCUS. В настоящее время Германия, Франция и другие страны являются основными источниками патентов CCUS во всем мире. Патентные заявки CCUS в основном сосредоточены в области улавливания углекислого газа, за которым следуют конверсия и геологическое использование и хранение углекислого газа, в то время как в области транспортировки углекислого газа заявки относительно невелики.

Проект CCUS в Китае охватывает различные отрасли, такие как электроэнергетика, нефть и газ, химическая промышленность, цемент и сталь. Среди них наибольшее количество демонстрационных проектов в энергетической отрасли, более 20. С 2022 года количество демонстрационных проектов CCUS в таких отраслях, как цемент и сталь, которые трудно сократить выбросы, постепенно растет. По состоянию на август 2024 года Китай инвестировал в 67 проектов CCUS, из которых 61 находится в стадии строительства и 6 — с перерывами. Потенциал улавливания углекислого газа составляет около 7 млн. тонн в год, рекуперации и хранения нефти — около 4,2 млн. тонн в год и использования углерода — около 1,9 млн. тонн в год. Методы использования или хранения углерода в основном включают повышение коэффициента добычи нефти (EOR), минерализацию, химическую подготовку и т.д. EOR является наиболее важным и технологически развитым способом использования углерода.

2. Обзор проекта CCUS в цементной промышленности Китая

Китай стал первой страной, которая провела демонстрацию проекта CCUS в цементной промышленности. Движимая двойной углеродной целью, цементная промышленность Китая ускоряет исследования и разработки вокруг ряда технологий CCU, уделяя особое внимание улавливанию и использованию углерода, и добилась положительных результатов.

1) Проект по улавливанию углерода в выхлопных газах цементных печей на цементном заводе & quot; Байма — Шань & quot; компании & quot; Хайлун груп & quot;

Проект, запущенный в 2018 году, является первым в мире демонстрационным проектом по улавливанию и очистке углекислого газа дымовых газов в цементной промышленности. Используя химическую абсорбцию, проектируется производство 50 000 тонн жидкого углекислого газа в год, в том числе 30 000 тонн пищевого класса и 20 000 тонн промышленного класса. Общий объем инвестиций в проект составил 57,75 млн. юаней, в процессе строительства было выделено 4 млн. юаней на крупные научно — технические субсидии. В 2021 году Aerolus Group разработала новое поколение низкоэнергоемких и эффективных химических поглотителей углекислого газа в цементных печах, что еще больше снизит потребление энергии улавливания до 2,1 Гдж / t.CO ₂.

(2) Цинчжоуский демонстрационный проект по обогащению и очистке цемента CO2 при полном кислородном сжигании

Проект будет запущен в 2024 году и будет производить 200 000 тонн углекислого газа в год. В настоящее время это крупнейший проект по улавливанию и использованию углерода в цементной промышленности Китая, который включает 150 000 тонн промышленного класса, 45 000 тонн пищевого класса и 5000 тонн сухого льда. Общий объем инвестиций в проект составляет около 260 млн. юаней. Используя технологию « APU + APA + APU + APA + APA + EPA + низкотемпературная дистилляционная очистка», можно значительно повысить концентрацию углекислого газа в дымовом газе и снизить общее потребление энергии улавливания до уровня ниже 1,6 ГДж / t.CO ₂, Также значительно снижаются эксплуатационные расходы.

3) Демонстрационный проект по улавливанию углекислого газа с использованием технологии охраны окружающей среды в северной части Золотой зоны

Этот проект является первым в стране демонстрационным проектом по улавливанию углерода и использованию ресурсов при совместном удалении сложных дымовых газов в цементных печах. Он производит 100 000 тонн углекислого газа в год с общим объемом инвестиций около 180 миллионов юаней, из которых около 10% приходится на государственные субсидии и технологические проекты.

Улавливание, использование и хранение диоксида углерода (CCUS) Стандарты

Международные стандарты

Технический комитет ISO / TC 265 по улавливанию, транспортировке и геологическому хранению диоксида углерода Международной организации по стандартизации отвечает за разработку международных стандартов в области УХУ, охватывающих проектирование, строительство, эксплуатацию, экологическое планирование и управление, управление рисками, количественную оценку, мониторинг и сертификацию. В настоящее время Комиссия опубликовала 13 международных стандартов, еще 8 находятся в стадии изучения. Эти стандарты в основном включают стандарты технического руководства, стандарты количественной проверки, стандарты безопасности, стандарты эксплуатационного проектирования, стандарты мониторинга и ликвидации последствий аварий, стандарты управления и ответственности.

Подводя итог, технология CCUS в цементной промышленности Китая первоначально вступила в стадию коммерческого применения, и в будущем основное внимание будет уделяться снижению затрат, стабильности промышленной цепочки и межсекторальным областям. Ожидается, что к 2060 году вклад технологии CCUS в углеродную нейтральность цементной промышленности превысит 50%. В целях содействия развитию технологии CCUS рекомендуется осуществлять планирование на высшем уровне, совершенствовать систему управления проектами, укреплять стандартизированный дизайн на высшем уровне, содействовать контактам с углеродным рынком, предоставлять финансовые возможности и финансовую поддержку, укреплять международное сотрудничество.