清華新聞網(wǎng)5月14日電（通訊員 李會(huì)芳）鋼鐵行業(yè)是高耗能行業(yè)，其脫碳對(duì)于實(shí)現(xiàn)《巴黎協(xié)定》設(shè)定的1.5℃溫升目標(biāo)及我國(guó)碳中和目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)至關(guān)重要。傳統(tǒng)的流程改造和能效提升等措施難以徹底清除鋼鐵行業(yè)的碳排放，碳捕集與封存技術(shù)對(duì)于鋼鐵行業(yè)碳中和目標(biāo)的達(dá)成不可或缺，該技術(shù)涉及碳排放點(diǎn)源與地質(zhì)封存地點(diǎn)的空間匹配，需要精準(zhǔn)預(yù)測(cè)源與匯的空間分布以及二氧化碳的排放/消納能力，從而實(shí)現(xiàn)技術(shù)的科學(xué)部署。
由于成本高昂，碳捕集與封存技術(shù)短期內(nèi)難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模部署，更多地被視作遠(yuǎn)期碳中和目標(biāo)階段的關(guān)鍵措施。在此期間，鋼鐵行業(yè)預(yù)計(jì)將經(jīng)歷深度綠色轉(zhuǎn)型，其他措施如電氣化、短流程煉鋼等將被廣泛應(yīng)用，從而對(duì)行業(yè)碳排放源的空間分布和碳排放水平產(chǎn)生深刻影響。因此，有必要將鋼鐵行業(yè)的長(zhǎng)期轉(zhuǎn)型納入碳捕集與封存技術(shù)的部署決策中。
為此，清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院溫宗國(guó)團(tuán)隊(duì)建立了綜合評(píng)估框架預(yù)測(cè)中國(guó)鋼鐵行業(yè)截至2060年的脫碳轉(zhuǎn)型路線(xiàn)圖，綜合考慮六類(lèi)主要脫碳措施，并將預(yù)測(cè)結(jié)果作為碳排放點(diǎn)源的模擬依據(jù)。此外，團(tuán)隊(duì)整合了關(guān)鍵油田、盆地等二氧化碳適宜封存地點(diǎn)，開(kāi)發(fā)碳捕集與封存技術(shù)源-匯匹配模型，以?xún)?yōu)化不同鋼鐵產(chǎn)量規(guī)模下的技術(shù)部署方案；基于最優(yōu)方案，評(píng)估碳捕集與封存技術(shù)部署的經(jīng)濟(jì)成本及能源、水資源消耗，識(shí)別技術(shù)推廣的主要障礙。該研究為碳捕集與封存技術(shù)的推廣提供了有效支撐，助力鋼鐵及其他難減排行業(yè)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)期碳中和目標(biāo)。
圖1.研究框架
基于團(tuán)隊(duì)建立的研究框架，研究實(shí)現(xiàn)了中國(guó)鋼鐵行業(yè)碳排放點(diǎn)源的遠(yuǎn)期高分辨率模擬，并開(kāi)發(fā)了碳捕集與封存技術(shù)的源-匯匹配模型以?xún)?yōu)化技術(shù)部署方案。結(jié)果顯示，碳捕集與封存技術(shù)對(duì)于中國(guó)鋼鐵行業(yè)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)期碳中和目標(biāo)至關(guān)重要：預(yù)計(jì)到2060年，該技術(shù)可實(shí)現(xiàn)每年4.72至6.10億噸的碳減排潛力。建議在華北及華東地區(qū)的鋼鐵企業(yè)重點(diǎn)部署。
圖2.中國(guó)鋼鐵行業(yè)碳捕集與封存技術(shù)的最優(yōu)部署方案
（a-c：碳捕集與封存技術(shù)在高、中、低鋼鐵產(chǎn)量情景下的空間部署方案；d-f：分排放量水平的鋼鐵企業(yè)部署情況）
該研究評(píng)估了我國(guó)鋼鐵行業(yè)碳捕集與封存技術(shù)部署方案的經(jīng)濟(jì)成本及能源、水資源消耗。結(jié)果表明，到2060年，中國(guó)鋼鐵行業(yè)部署碳捕集與封存技術(shù)的平準(zhǔn)化減排成本為187.4至193.5元每噸二氧化碳，預(yù)計(jì)隨著碳排放權(quán)交易價(jià)格的上升而具備成本競(jìng)爭(zhēng)力。然而，技術(shù)部署將導(dǎo)致中國(guó)鋼鐵行業(yè)的能源、水資源消耗分別增加21.7%-22.4%和30.9%-33.3%。需注意技術(shù)部署對(duì)重點(diǎn)地區(qū)（如河北?。┰斐傻臐撛谫Y源短缺風(fēng)險(xiǎn)。
圖3.中國(guó)鋼鐵行業(yè)碳捕集與封存技術(shù)部署的能源與水資源消耗
（a-b：總能源與水資源消耗量及其組成（碳捕集、碳運(yùn)輸、碳封存與驅(qū)水回收）；c-d：分省及分地點(diǎn)的能源與水資源消耗）
該研究提出的方法適用于鋼鐵及其他難減排行業(yè)，通過(guò)“行業(yè)減排路徑預(yù)測(cè)-碳排放源模擬-源匯匹配”框架，識(shí)別應(yīng)優(yōu)先部署碳捕集與封存技術(shù)的排放點(diǎn)源以及對(duì)應(yīng)的封存點(diǎn)。整合各行業(yè)的結(jié)果，可形成國(guó)家或區(qū)域?qū)用娴奶疾都c封存技術(shù)部署方案，支撐該技術(shù)在全國(guó)范圍內(nèi)的應(yīng)用，最終推動(dòng)難減排行業(yè)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)期碳中和目標(biāo)。
相關(guān)研究成果以“中國(guó)鋼鐵行業(yè)低碳轉(zhuǎn)型中的碳捕集與封存技術(shù)遠(yuǎn)期部署策略”（Long-term transformation in China’s steel sector for carbon capture and storage technology deployment）為題，于5月7日發(fā)表于《自然·通訊》（Nature Communications）。
清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院2022屆畢業(yè)生王奕涵為論文第一作者，環(huán)境學(xué)院教授溫宗國(guó)為共同第一作者及通訊作者。環(huán)境學(xué)院2021級(jí)博士生許毛和2021屆碩士畢業(yè)生丁加對(duì)該研究作出重要貢獻(xiàn)。研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)專(zhuān)項(xiàng)項(xiàng)目、新基石科學(xué)基金會(huì)科學(xué)探索獎(jiǎng)研究項(xiàng)目的支持。
論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41467-025-59205-3
供稿：環(huán)境學(xué)院
編輯：李華山
審核：郭玲
