“碳”索者：他们深耕在CCUS科研一线
转自：中国环境网
近期，国务院国资委启动第三批中央企业创新联合体建设，围绕战略性新兴产业和未来产业等重点领域，在工业软件、工业母机、新能源等方向支持中央企业续建3个、新建17个创新联合体。其中，中国石油和中国华能共同牵头CCUS创新联合体。在我国最早开展CCUS捕集技术研发和工程示范的单位中，中国华能就是其中之一。
中国环境报记者走进华能清洁能源技术研究院（以下简称华能清能院），就其团队在相关领域的研究探索进行了采访。
图为华能清能院CCUS团队。
“我的生命价值和科研紧紧绑在了一起”
从朝阳区一路向北，行至昌平，北六环以南，未来科学城东区，这里被称为“能源谷”，华能清能院便坐落于此。一进入院内，便看到流水潺潺，环境清幽、舒适宜人。
记者跟随工作人员来到温室气体减排实验室，首先看到的就是郜时旺创新工作室的宗旨——支撑应对气候变化和“双碳”国家战略，推动碳捕集利用与封存（CCUS）技术创新和产业发展，弘扬劳模工匠精神，发挥党员带头作用，实现党建与科研深度融合。
“1997年，我从东北电力学院电厂热能动力工程专业硕士毕业后，入职华能西安热工院。后来，又进入由华能西安热工院原副总工程师危师让带领的煤气化发电‘九五科技攻关’项目团队，我在华能的科研之路也正式开启。”华能清能院副总工程师郜时旺告诉记者。
谈及多年来在CCUS领域的科研探索，郜时旺表示，既充满艰辛，又很有成就感。
图为华能清能院副总工程师郜时旺。
“对我来说，选择了科研一线，就系好了我职业生涯的第一粒扣子，我的生命价值就和科研紧紧绑在了一起，这里就是我人生新的起锚地。”郜时旺说。
2007年，郜时旺接到重任，要在奥运会前投运二氧化碳捕集装置，并且产出食品级的二氧化碳。
“当时给我们定的碳捕集目标是每年3000吨，相当于16万棵树木每年吸收的CO2总量。”郜时旺告诉记者，他所学的专业领域是除尘和流场模拟，碳捕集对他而言仅仅是论文里的概念。
“没见过又怎么样，外国人能搞出来，咱们就搞不出来？我当时只有一个信念：排除万难也要搞出来。”郜时旺感慨地说，当时团队只有6个人，把奥运开幕日定为节点，倒排工期。
然而，在开工前，他们又遇到了难题，澳大利亚合作方由于流程问题，不能按时提供图纸和技术资料。可是在当时，学校里没有这个专业、市场上没有相关技术、业界中更没有先例。在能查到的资料中，有用的信息太少。
于是，经过多重考虑，团队决定将化工行业的碳捕集技术移植到电力行业。
“由于技术难度较大，再加上当时很多人不理解这项工作的意义，我们找了好几家化工设计院，都被拒绝了。”郜时旺告诉记者，“后来，我们对照了1000多张图纸，3000多个数据，通过不断调研、反复计算、仔细设计，先后解决了吸收剂降解、设备腐蚀、工艺优化等技术难题。”
经过近9个月的努力，郜时旺和团队终于在2008年北京奥运会前夕，在华能北京热电厂建成并投产了我国第一套燃煤电厂碳捕集试验示范装置，填补了国内的技术空白。
2011年华能清能院成立后，郜时旺带领团队先后完成了碳捕集领域的多项国际合作，并牵头制订了我国碳捕集领域首部国际标准。
“我们始终以一种‘开拓’的姿态前行”
多年来，我国的碳捕集技术实现了从无到有，从落后到超越，从受制于人到制胜于人。
当前，在郜时旺的带领下，华能清能院形成了一支拥有国家级专家两人，博士研究生19人的CCUS青年科研团队，其中，党员博士占比80%。团队先后承担了30多项国家和省部级重点课题，荣获中国专利金奖、日内瓦国际发明展金奖等，以及省部级科技奖10项，授权专利近300项，发表论文100余篇。
目前，郜时旺团队负责在华能陇东能源基地建设全球规模最大的燃煤电厂150万吨/年CCUS示范工程，据团队负责碳捕集技术研发的高级工程师范金航表示，作为全球最大，他们遇到了很多前所未有的新挑战。
“一是本项目涉及吸收溶剂等多项关键核心技术攻关，多个首台套设备研制，关键技术指标领先，研发难度大。二是目前碳捕集领域大多参考化工或电力行业标准，相关标准体系尚不健全。三是工程捕集规模为全球最大，工程设计、建设等单位缺少相关项目经验。”范金航介绍道。
图为郜时旺团队成员周娟在三维地震勘探放炮前测量炮孔深度。
除了碳捕集方面，郜时旺团队负责碳封存技术研发的工程师周娟表示，碳封存方面也存在一些难点问题。
根据《中国CCUS年度报告》（2023），中国2060年前的碳排放量约为10亿吨/年—20亿吨/年，我国理论地质封存容量约为1.21万亿吨—4.13万亿吨，其中咸水层封存潜力占比超过90%，封存潜力巨大。
碳封存的影响因素多种多样，既要考虑封存深度、岩石孔渗条件、断裂发育情况等地质因素，也要考虑地面条件、人口密度等非地质因素，当然，核心的还是地质因素。只要地下具有充足封存空间和安全的封存条件，便有可能实现二氧化碳的长期减排。
“我们在探索适用于碳封存的地质过程中，主要分为三步。第一步是以碳源为中心进行选址评估，重点在于评估地下容量；第二步是层位选择，通过三维地震进行勘探，关注孔隙度、渗透率等重要参数来评价层位的适宜性；第三是通过钻井，直接获取地下岩石和流体的数据，最终确定所选位置是否适合封存。”周娟告诉记者。
周娟表示，以上三步，每一步都可能因数据不准确导致选址失败，迫切需要攻关场地表征与筛选、场地评估与风险评价技术。同时发展符合中国地质特点的CO2地质封存技术体系和核心设备，优选并储备封存场址，优化CCUS相关基础设施建设。
此外，团队还在其他方面进行前沿探索。
图为郜时旺团队成员孙北奇正在进行碳捕集小试装置实验。
“传统的碳捕集溶剂，是利用有机胺和二氧化碳的相互作用进行二氧化碳捕集。CCUS主要成本的60%—75%是用在碳捕集环节。为了开发更高效的碳捕集吸收剂，目前正在尝试通过人工智能的方式，建立高精度的数据库并开展预测，提升吸收剂性能，节省吸收剂开发的人力、物力等。”郜时旺团队负责碳捕集吸收剂开发的工程师孙北奇告诉记者。
图为华能清能院材料部科研人员刘鹏正在进行电化学碳捕集测试实验。
“我们正在和郜时旺团队合作进行电化学的二氧化碳捕集与转化利用相关的科研项目。二氧化碳电化学捕集项目从今年4月开始启动，区别于传统的热再生方式，我们选择通过电化学的方法进行CO2吸收剂富液再生。理论上来讲，它产生的能耗比传统的热再生能耗要更低，且再生温度也更低，可减少对溶剂的降解，提升溶剂使用寿命。”华能清能院材料部科研人员刘鹏说。
当前，在团队的共同努力下，中国华能CCUS技术取得了一系列显著成果。郜时旺表示：“未来，团队将继续发挥科研优势，始终以一种‘开拓’的姿态前行，不断探索未知，为实现我国碳达峰碳中和目标作出更大贡献。”