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中美CCUS技术政策体系与工程化比较:差异化特征、驱动因素及政策启示

李丹妮 ,  庄珺

现代化工 ›› 2026, Vol. 46 ›› Issue (2) : 1 -6.

PDF (1518KB)
现代化工 ›› 2026, Vol. 46 ›› Issue (2) : 1-6. DOI: 10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2026.02.001
专论与评述

中美CCUS技术政策体系与工程化比较:差异化特征、驱动因素及政策启示

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Comparative Analysis of China-U.S.CCUS Technology Policy Systems and Engineering Applications:Differentiated Features,Driving Factors, and Policy Implications

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摘要

碳捕集、利用与封存技术(CCUS)作为实现深度脱碳的关键技术,在全球碳中和目标实现中具有重要战略地位。通过系统对比中美CCUS技术的政策体系、技术成熟度和工程化应用现状,深入分析两国在技术创新能力等方面的差异化特征及机理。研究发现:(1)美国构建了完善政策框架,中国建立了多元化支持体系,但税收激励政策相对分散。(2)美国在燃烧后捕集、直接空气捕集(DAC)等关键技术领域已达到TRL7-9水平;中国整体处于小试至工程化示范阶段(TRL4-7),在矿化封存、DAC等前沿技术领域略微落后,海洋封存领先;(3)技术差距的形成主要基础研究起步落后、专利壁垒等因素驱动。研究为我国在新一轮科技革命中抢占CCUS技术制高点、实现碳达峰碳中和目标提供决策参考。

Abstract

Carbon Capture,Utilization,and Storage (CCUS) technology,as a critical approach to achieving deep decarbonization,holds significant strategic importance in the global pursuit of carbon neutrality goals.By systematically comparing the policy frameworks,technological maturity,and engineering application status of CCUS development in China and the United States,this study delves into the differentiated features and underlying mechanisms of their technological innovation capacities and policy support intensities.Key findings include:(1)In terms of policy frameworks,the United States has established a comprehensive policy system,while China has developed a diversified support framework led by the "1+N" policy system,though its tax incentive policies remain relatively dispersed.(2)Regarding technological maturity and engineering applications,the United States has achieved TRL7-9 levels in key areas such as post-combustion capture and Direct Air Capture (DAC),enabling commercial-scale applications,whereas China is generally at the pilot-to-engineering-demonstration stage (TRL4-7)—lagging slightly in frontier fields such as mineral sequestration and DAC,while taking a leading position in ocean sequestration.(3)Further analysis reveals that the technological gap is mainly driven by factors including delayed initiation of foundational research,patent barriers,and disparities in technology lifecycle stages.This study provides decision-making references for China to seize the technological high ground in CCUS during the new round of technological revolution and achieve its carbon peak and carbon neutrality targets.

Graphical abstract

关键词

CCUS技术 / 中美对比 / 政策体系 / 技术成熟度 / 碳中和

Key words

CCUS technology / China-U.S.comparison / policy framework / technological maturity / carbon neutrality

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李丹妮,庄珺. 中美CCUS技术政策体系与工程化比较:差异化特征、驱动因素及政策启示[J]. , 2026, 46(2): 1-6 DOI:10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2026.02.001

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在实现碳中和目标的技术路径中,碳捕集、利用与封存技术(CCUS)被广泛认为是减缓气候变化的关键技术之一,也是实现深度脱碳不可或缺的技术手段。国际能源署(IEA)在其净零排放路线图中明确指出,CCUS技术将在2050年全球碳减排目标中贡献约15%的减排量[1],其战略地位日益凸显。
当前,国际科技竞争格局正在发生深刻变化,特别是在清洁能源和气候技术领域,大国间的技术竞争愈发激烈。作为全球最大的两个经济体和碳排放国,中美两国在CCUS技术发展方面的竞争态势不仅关系到各自的能源安全和气候目标实现,更深刻影响着全球气候治理格局和技术标准制定[2]。然而,伴随着中美关系的复杂化和科技脱钩趋势的加剧,美国对华实施了一系列科技限制措施[3]。美国更新了2024年版的关键和新兴技术清单,首次将碳管理技术纳入其中,CCUS所依赖的关键材料技术、高端装备制造、数字化控制系统等核心技术环节,均存在被“卡脖子”的风险[4]。特别是在先进膜分离材料、高精度传感器、智能控制系统等方面,美国及其盟友国家掌握着核心技术专利和制造能力[5-6],这对中国CCUS技术的自主发展构成了潜在威胁。
从科技政策研究的角度来看,深入分析中美两国在CCUS技术发展方面的差异化路径、比较优势和发展瓶颈,具有重要的理论价值和现实意义。基于上述背景,本研究旨在通过系统对比中美两国在CCUS技术发展方面的现状、特点和趋势,深入分析两国在技术创新能力和政策支持力度等方面的差异,识别我国CCUS技术发展面临的主要挑战和潜在风险,并在此基础上提出促进我国CCUS技术自主创新和安全发展的政策建议。该研究为我国在新一轮科技革命中抢占CCUS技术制高点、超前布局“未来产业”和实现碳达峰碳中和目标提供决策参考。

1 中美CCUS政策体系对比

1.1 政策框架

2025年1月,美国能源部发布《碳负排放计划》,明确提出到2050年以低于100美元/t CO2当量的成本实现10亿吨级CO2移除目标,并设定2030年中期目标为2 500万t/a CDR需求。该计划重点推进六大碳移除路径:直接空气捕集(DAC)、土壤碳封存、生物质碳移除与封存、增强矿化、海洋碳移除及造林/再造林[7]。
我国建立了以国家重点研发计划、绿色金融工具、碳减排支持工具为核心的多元化支持体系。2024年初,工业和信息化部等七部门发布的《关于推动未来产业创新发展的实施意见》将CCUS列为未来产业发展重点。2024年8月中共中央国务院关于加快经济社会发展全面绿色转型的意见指出,将推进CO2捕集利用与封存项目建设。

1.2 项目投入

美国能源部通过清洁能源示范办公室(OCED)和化石能源与碳管理办公室两大渠道,构建了完善的资金支持架构。其中,OCED在2024年和2025年各投入约13亿美元,专门用于CCUS示范和大规模试点项目的推进。我国CCUS科研投入重点关注CO2捕集后合成生物燃料、地质封存、微藻固碳等前沿技术领域。此外,绿色金融也是CCUS项目的重要经济支撑。齐鲁石化-胜利油田百万吨级CCUS项目通过绿色金融工具获得70亿元融资,其中碳减排支持工具提供的1.75%低息贷款占比达60%[8]。中国人民银行设立的碳减排支持工具明确将CCUS项目纳入支持范围,《绿色债券支持项目目录》同样收录了CCUS示范项目[9]。

1.3 税收激励

美国通过《45Q税收抵免法案》建立了完善的CCUS税收激励机制。美国正在研究将碳去除信用纳入排放交易体系(ETS),以进一步提升CCUS项目的市场价值。美国《基础设施投资和就业法案》(IIJA)支持多个区域性碳捕集示范项目,为每个项目提供约6亿美元财政支持,并推动29个以DAC为中心的概念项目[10]。
中国在CCUS税收激励政策方面相对分散,尚未建立专门的税收抵免制度。现有的优惠税种包括增值税、资源税和企业所得税(三免三减半)[8]。国家发展改革委、国家能源局印发的《煤电低碳化改造建设行动方案(2024—2027年)》提出了“利用超长期特别国债等资金渠道对符合条件的煤电低碳化改造建设项目予以支持”。地方层面,《深圳市绿色低碳产业发展专项资金管理办法》规定对CCUS项目给予最高1 000万元的资助,资助强度不超过项目总投资的20%。《北京市促进绿色发展的若干政策措施》提出对重大绿色技术创新项目给予最高 3 000万元支持,资助比例最高可达25%。

1.4 监管体系

美国已建立起覆盖CCUS全流程的系统性监管框架,在联邦层面,环境保护署(EPA)承担着制定CO2地质封存环境标准和监管要求的核心职责。美国监管体系明确了环境影响评估程序、监测技术要求和财务责任划分的具体标准,形成了系统性的制度保障机制。美国还建立了完善的CO2泄漏监测和风险评估体系,要求所有封存项目必须制定长期监测计划和应急响应机制。
我国正加快推进CCUS相关标准建设,更好支撑CCUS相关产业健康发展。2024年10月,国家发展改革委、生态环境部、国家统计局印发的《完善碳排放统计核算体系工作方案》,提出“加强碳捕集利用与封存核算方法学研究,明确碳捕集、运输、利用、封存的核算范围及方法”。

2 中美CCUS技术成熟度对比

2.1 CO2捕集技术

2.1.1 燃烧后捕集

美国溶液吸收法已达TRL9,多个百万吨级项目实现商业化,例如Petra Nova项目年捕集140万t CO2,捕集成本为70美元/t;膜分离技术为TRL6,低温分馏为TRL7[11]。中国传统胺类溶剂技术和物理吸收法已达到TRL9,具备商业化应用能力。物理吸附中的变压吸附技术和膜分离法中的天然气膜法处理技术也达到TRL7。然而,电化学吸附和室温离子液体(RTIL)膜等技术仍处于TRL1-3的研发阶段[12]。

2.1.2 燃烧前捕集

美国在燃烧前捕集技术上同样以IGCC系统为主,成熟度达到TRL7,部分项目已实现商业化应用(TRL9)。中国在该领域与美国差距较小,但示范规模较小。在中国,燃烧前捕集技术主要应用于IGCC系统,如华能集团天津绿色煤电IGCC电厂(2016年建成,捕集能力10万t/a,TRL7)和连云港清洁能源动力系统(2011年投运,捕集能力3万t/a,TRL7)[13]。总体上,该技术处于工业示范阶段(TRL6-7)。

2.1.3 富氧燃烧

美国常压富氧燃烧技术达到TRL7,增压富氧燃烧技术为TRL4,化学链燃烧技术为TRL6[11]。中国的富氧燃烧技术在水泥行业应用较为成熟,但整体规模和多样性略逊于美国。在中国,华中科技大学建成35 MW超临界富氧燃烧系统,集成10万t/a CO2捕集装置,达到TRL7。水泥行业中,部分富氧燃烧项目(如10万t/a和20万t/a规模)已成功运行,烟气CO2体积分数达80%以上,技术相对成熟(TRL7-8)[13]。增压富氧燃烧和化学链燃烧技术仍处于TRL4-6的基础研究至中试阶段[13]。

2.1.4 直接空气捕集

美国直接空气捕集(DAC)技术已在工业示范阶段(TRL7)[14],如1PointFive公司计划于2025年建成50万t/a DAC设施。美国DAC技术领先,Carbon Engineering项目作为美国DAC Hub项目建设并运行,其捕集成本为325~450美元/t,未来预期为125~200美元/t[15]。在中国,DAC技术尚处于功能单元可行性验证阶段(TRL4),例如国内首台年600吨级DAC装置——“碳捕块Carbon Box”已于2024年成功通过百吨级模块满负荷可靠性运行验证[16]。

2.2 CO2利用技术

2.2.1 物理利用

物理利用技术主要基于CO2的物理性质,通过压缩、液化等物理过程实现CO2的直接应用,其中CO2驱油(CO2-EOR)是最成熟的应用[12]。美国在CO2-EOR技术方面起步较早,技术成熟度达到TRL8-9水平,美国CO2驱油年产量达到1.5×107 t[17]。中国CO2-EOR技术起步较晚,目前处于TRL6-7阶段,CO2驱油年产量达到107 t,约为美国的2/3[18]。

2.2.2 化工利用

美国在CO2化学转化催化剂开发和反应器设计方面技术优势明显,多项技术达到TRL6-7水平,已有10个CO2制绿色甲醇项目。中国在CO2制甲醇技术方面发展迅速,部分工艺已达到工业示范规模(TRL6-7),但在高效催化剂和反应工程方面仍存在技术差距。

2.2.3 生物利用

生物利用技术的核心机制包括光合作用固碳、微生物发酵以及酶催化转化等生物化学过程[19]。美国在微藻生物技术方面技术达到TRL6-8水平,例如美国Algenol公司开发的微藻乙醇生产技术已接近商业化,年产能达数千吨级[20]。中国微藻固定技术整体处于TRL4-6阶段,主要集中在实验室研究和小规模示范[21]。

2.2.4 矿化利用

矿化利用技术是一种通过CO2与碱性或碱土金属氧化物反应形成碳酸盐的化学封存方法。美国Blue Planet在加利福尼亚州旧金山湾区启动了一个商业化项目,利用电厂或水泥厂的CO2排放,结合工业废料(如钢渣),生产高性能建筑材料,每年可封存数千吨CO2[22]。中国钢渣和磷石膏矿化技术接近TRL9。

2.3 CO2封存技术

2.3.1 地质封存

地质封存技术是将捕获的CO2注入枯竭油气藏、深部含盐水层和不可开采煤层等深层地质构造中实现长期储存的技术[23]。美国在CO2地质封存技术方面起步较早,技术成熟度总体达到TRL7-9水平。美国拥有完善的CO2运输管网和成熟的地质封存技术,已经建成投运了超过8 000 km的CO2运输管网。中国地质封存技术发展迅速,目前整体处于TRL4-7阶段[11,24]。中国鄂尔多斯盆地 10万t/a全流程示范项目和松辽盆地CCUS项目等代表了中国在地质封存技术方面的重要进展[25]。中美典型地质封存的CCUS项目成本及规模对比见表1。

2.3.2 海洋封存

海洋封存技术将CO2以超临界态注入到海底咸水层、废弃或开发中油气藏等地质体中。美国目前处于工程示范阶段TRL6-7,有2项正在规划中的海上封存CCUS项目,分别是Houston Ship Channel项目,可封存5 000万~1亿t/a CO2,德克萨斯州CCUS项目可实现封存600万~3 500万t/a CO2[26]。中国海洋封存技术发展迅速,2025年6月恩平15-1油田碳封存示范工程的投运标志着中国在海洋封存技术方面取得重要突破[18],技术成熟度达到TRL6-8水平。

2.3.3 矿物封存

矿物封存技术通过CO2与含镁、钙等金属离子的矿物(如橄榄石、蛇纹石、玄武岩)发生化学反应,形成热力学稳定的碳酸盐矿物,实现CO2的永久封存[27]。美国在原位矿化技术方面起步较早,Wallula项目将CO2注入玄武岩层实现快速矿化,技术成熟度达到TRL7水平[19]。我国原位矿化技术尚未商业化,正处于对一些区域和靶点的玄武岩CO2矿物封存潜力的初步评价工作(TRL3-5)[28]。
综上所述,中美CCUS各技术路线的技术成熟度对比如图1所示。

3 中美CCUS技术差距的驱动因素分析

本研究通过对中美两国CCUS相关专利和论文数据的系统分析,从基础研究积累、专利保护策略、技术成熟度演进等维度,深入剖析中美CCUS技术差距的形成机理和发展趋势,以期为相关政策制定和技术发展提供科学依据。

3.1 基础研究

基础研究的起步时间和积累深度是影响技术发展水平的关键因素。基于调研中美在CCUS领域首篇WOS核心论文的时间发现,美国在CCUS领域的基础研究起步明显更早,首篇WOS核心论文发表于1983年,而中国直到1998年才出现首篇相关核心论文,晚了15年,这一时间差异反映了发达国家在新兴技术领域前瞻性布局的制度优势[6]。尽管存在明显的技术差距,中国在CCUS研究领域展现出强劲的追赶态势。中国WOS核心论文近5年增长率达到132.76%,远超美国的46.55%,体现了中国在该领域快速发展的势头和后发优势。
从研究质量来看,美国WOS核心论文的平均引用数达到45.31次,显著高于中国的13.06次,表明美国研究成果具有更高的国际影响力和学术质量。高被引论文往往代表了该领域的前沿突破和理论创新[29],美国在CCUS基础理论研究方面的领先地位为其后续技术发展奠定了坚实基础。

3.2 专利壁垒

基于Derwent数据库中美两国CCUS领域的专利数据显示,美国拥有2 978项CCUS相关专利,超过中国的1 393项,且美国专利的平均被引证数为12.77次,几乎是中国专利6.99次的2倍,这说明美国专利具有更高的技术价值和市场影响力[29]。专利被引证数反映了技术的后续发展价值和产业应用前景[30]。美国通过早期的技术布局和专利申请,在CCUS核心技术领域构建了一定的专利壁垒,特别是在CO2捕集分离技术、地质封存机理和监测技术等关键环节形成了技术制约[31],在一定程度上限制了后发国家的技术发展空间。

3.3 技术演进阶段

通过logistic模型,结合中美CCUS领域的WOS核心论文数量和Derwent专利数据,拟合中美CCUS技术生命周期分析发现[30],美国CCUS技术成熟期开始于2014年,技术已进入相对成熟和商业化应用阶段,多个大型CCUS项目已实现工业化运行,而中国仍处于工程化探索的技术成长期,成熟期开始时间较美国有超过50年的时差(图2)。这种技术演进阶段的时间差距反映了技术发展的路径依赖性和累积效应,后发国家虽然可以通过技术引进和消化吸收缩短差距,但在核心技术掌握和系统集成能力方面仍需要较长的发展过程[29]。

4 结论与建议

4.1 结论

本研究通过对中美两国CCUS技术政策体系与工程化发展的系统性比较分析,得出以下主要结论。
(1)政策体系呈现差异化特征
美国形成了以法案驱动的系统性政策框架,《45Q税收抵免法案》提供的高额税收激励(最高180美元/t)有效降低了企业投资成本,推动了大型CCUS项目的商业化发展。相比之下,中国建立了以国家重点研发计划、绿色金融工具为核心的多元化支持体系,政策覆盖面广但激励强度相对分散,尚未形成专门的税收抵免制度。
(2)技术成熟度存在显著差距
美国在CCUS全技术链条上保持领先优势,特别是在直接空气捕集、富氧燃烧等前沿技术领域已实现工业化应用。中国虽在传统燃烧后捕集技术方面已达到商业化水平,但在技术多样性和前沿技术突破方面仍存在差距,直接空气捕集技术仍处于概念验证阶段。
(3)工程化应用规模快速增长
中国CCUS工程数量呈现爆发式增长态势,从2021年的约40个增长至2024年的约120个,体现了强劲的发展动能。美国虽然项目数量相对较少,但单项目规模更大,技术成熟度更高,已建成完善的CO2运输基础设施网络。
(4)技术差距由多重因素驱动
基础研究起步时间、专利壁垒和技术演进阶段是造成中美CCUS技术差距的主要驱动因素。美国凭借15年的先发优势,在基础理论研究、核心专利布局和技术成熟度方面形成了系统性领先地位。

4.2 政策建议

基于上述分析,本研究提出以下政策建议。
(1)优化碳捕集与封存技术的研发与创新
针对当前碳捕集技术存在的能耗高、运行成本昂贵、捕集效率较低及设备腐蚀等问题,亟需深化技术优化研究。建议开发高效吸收与解吸装置,研究吸附剂的CO2饱和吸附动力学,研发高渗透选择性、低压力降的CO2分离膜组件,引入机器学习技术优化CO2封存过程中的注射压力参数,并推动CO2监测与泄漏预防技术的突破,开发高灵敏度传感器与智能检测系统,以增强封存安全性与可靠性。
(2)推动CCUS全流程技术向产业化规模化转型
为实现CCUS技术的工程推广与产业化应用,建议加快全流程技术示范与大规模集成应用研究。支持基础设施建设,包括CO2捕集装置、长距离输送管道、海洋及地质封存场地的规划与部署。实施百万吨级以上全产业链示范工程,构建具有区域特色的CCUS产业集群。
(3)构建完善的政策与标准体系以支撑发展
建议制定科学合理的CCUS行业规范、制度法规及技术标准体系,涵盖项目建设、运营、监管及终止全生命周期。完善碳中和目标下的CO2排放核算方法,开展多行业、多技术种类及多工艺流程的CCUS项目全生命周期减排量评估,尽快将其纳入碳交易市场,以实现经济效益与减排目标的协同。

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