CCS解密船載碳捕集系統

近日，擁有我國完全自主知識產權船舶碳捕集系統的8.2萬載重噸系列散貨船正式啟動建造。

據悉，試點船舶為卡姆薩型散貨船，由山東海運旗下山東華宸融資租賃股份有限公司、光大金租合作打造，中國船舶集團第七一一研究所、中國船級社（CCS）、新韓通船舶重工共同參與，該系列船舶填補了我國在船舶碳捕集領域的技術應用空白，達到全球領先水平。

今天，我們邀請CCS專家執筆，為大家解密船載碳捕集系統。

什么是“船載碳捕集系統”？

二氧化碳（CO2）捕集利用與封存（CCUS）是指將CO2從工業過程、能源利用或大氣中分離出來，CO2永久減排的過程，主要包括CO2捕捉、輸送、利用和封存等環節。作為一項有望實現化石能源大規模低碳利用的戰略性技術，CCUS具有大幅度減少傳統化石能源整個生命周期內的溫室氣體排放和實現綠色能源負碳排放潛力，是未來減少CO2排放、保障能源安全、構建生態文明和實現可持續發展的重要手段。

CO2捕捉是指將CO2從工業生產、能源利用或大氣中分離出來的過程，主要分為燃燒前捕捉、富氧燃燒和燃燒后捕捉三種方式。

其中燃燒前捕集是指在含碳化石燃料燃燒前先通過氣化和重整等過程將其轉化為以CO和H2為主的混合氣，再通過變換反應將CO轉化為CO2，經過變換反應后CO2的濃度得到提高，再通過相應的分離技術將富集后的CO2分離和捕捉出來。

富氧燃燒是指用氧氣取代空氣作為氧化劑，與燃料一同在富氧燃燒爐中進行燃燒，燃燒后的混合氣體主要為CO2和H2O再通過冷凝方式將CO2分離和捕捉出來。

燃燒后捕捉技術是指對排氣中的CO2進行捕捉，可直接應用于傳統電廠和其它能源使用場景。

CO2輸送是指將捕集的CO2運送到可利用或封存場地的過程。根據運輸方式的不同，分為管道、船舶運輸、汽車和鐵路運輸等方式。

CO2利用是指通過工程技術手段將捕捉的CO2實現資源化利用的過程。根據工程技術手段的不同，可分為CO2地質利用、CO2化工利用和CO2生物利用等。其中，地質利用是將CO2注入地下，進而實現強化能源生產、促進資源開采的過程，如提高石油、天然氣采收率；CO2化工利用是指以化學轉化方式，將CO2和共反應物轉化為目標產物，如與氫合成甲醇；生物利用是指通過植物的光合作用，將CO2用于食品、飼料、生物肥料等生物質的合成，如養殖生長周期短的藻類。

CO2封存是指通過工程技術手段將捕集的CO2注入深部地質儲層，實現CO2與大氣長期隔絕的過程。按照封存位置不同，可分為陸地封存和海洋封存；按照地質封存體的不同，可分為咸水層封存、枯竭油氣藏封存等。

船載碳捕集系統（OCCS[1]）是CCUS中的碳捕捉技術在船舶上的應用，它將船舶排放廢氣或燃料中的CO2進行分離捕捉，通過運輸工具輸到目的地加以資源化利用或注入海底/地層封存，防止其進入大氣層，以實現船舶排放的CO2永久減排。作為一項顛覆性的碳減排技術，OCCS為船舶在使用成熟、低成本傳統化石燃料下實現大幅度碳減排提供了可能，為航運業的綠色低碳發展提供了一條可行路徑。

碳捕捉技術在船上的應用

基于傳統能源動力系統的船載碳捕集技術，一般采用化學吸收法對排放尾氣進行碳捕捉，其原理為通過吸收液的溫度變化來實現CO2的吸收和釋放，從而實現將CO2從尾氣中分離捕獲。主要包括CO2捕捉、分離、壓縮液化與存儲卸載四個過程構成。首先，船上尾氣進入吸收塔捕捉CO2，然后在分離塔對捕捉到的CO2進行分離，分離出的CO2氣體進行壓縮液化提純，提純液化后的CO2再輸送到存儲容器。對于捕集儲存的液態CO2可以在港口直接過駁給CO2運輸船，或在專業港口進行卸載，提供給處理工廠用于堿、醇等化工品的原料或地質、生物利用，也可以制成干冰在指定海域投入海底封存。

實船安裝

船載碳捕集系統的主要設備構成通常包括廢氣旁通閥、CO2風機、熱交換器、吸收單元、分離單元、壓縮單元、制冷單元、液化單元、儲存單元、氣體檢測和監測系統、廢水處理和控制系統等。其實船安裝應注意對結構強度及船舶穩性的影響。特別值得一提的是，當碳捕集系統因意外故障時，其進排氣管路的設計應能避免使得船舶發動機背壓過高。

布置方案

針對不同船型及其營運特點，并綜合考慮所需配置船載碳捕集系統的捕集能力，測算出所需CO2儲存艙的容積，靈活采用不同的布置方案。同時，應特別注意CO2的泄漏風險。

能耗優化

考慮到船載碳捕集系統運營能耗相對較高，亟需突破CO2高效低能耗捕集與儲存技術，以有效降低系統能耗。同時，船上電站容量要有足夠冗余，且超負荷時系統能應急脫開。

未來發展趨勢

完善法規規范標準體系建設

明確船載碳捕集系統的減排效果與評估驗證，探索制定符合中國國情的OCCS政策，進一步完善法律法規框架，制定科學合理的規范標準體系。

規劃布局后端岸基設施建設

加大岸基設施投資力度與建設規模，注重不同行業的資源優化整合，建立CO2接收轉運一體化服務及合作共享機制，資源共享、成本分擔，推動OCCS全產業鏈的健康有序發展。

著力促進產業集群建設

針對船載碳捕集技術全產業鏈間的兼容性與耦合集成（如綠色甲醇燃料的制備），優化系統能耗，降低成本水平，加快突破技術瓶頸，構建低成本、低能耗、安全可靠的OCCS新技術體系，促進產業集群建設。

綜上，船載碳捕集技術的相關法規、規范及CO2轉移、利用的岸基設施還待完善，但其較強的減排潛力，可靈活匹配減排目標并具有較好的經濟性，已逐步得到行業的重視，國內外相關技術研發投入越來越多；另外，其與綠色甲醇制備行業耦合，可實現陸上制備與船上使用間的碳循環而達到凈零排放。因此，船載碳捕集技術將是國際航運走向碳中和目標極具競爭力的技術路徑。

文中[1] OCCS是Onboard Carbon Capture System的縮寫。