年产值将超过3300亿，碳捕集未来发展有哪些机会？丨2021年碳捕集（CCUS）行业研究报告

碳中和是立在当下、着眼未来的战略之举。碳中和追求的最终是“碳”的平衡状态，涉及到“碳排放”与“碳吸收”两个过程。达到实现碳中和的目标，除了提高减排效率之外，最重要的就是要从空气当中大规模捕集二氧化碳并推进碳捕集技术（CCUS）的应用与创新，这也是国际能源署认可的最根本途径。

碳捕集作为“碳吸收”最有效、最直接的手段，可以说是碳中和的托底技术。进入2020年以来，在全球大力推进碳中和的背景之下，碳捕集技术（CCUS）也由此进入发展的快车道。根据国际市场研究机构Marketsand Markets数据，2020年全球CCSU市场规模达到了16亿美元，2025年将达到35亿美元，年复合增长率达到17%。

本研究报告建立在发展碳中和大趋势的基础之上，通过研究碳捕集产业链概况及国内外碳捕集的创新企业发展案例情况，分析国内外碳捕集创新企业的风险与机遇，我们认为，目前碳捕集赛道处于成长期，在技术应用的普及与推广方面前景巨大。

关键增长机会体现在碳捕集材料的创新、工艺设备的改进，CCUS与新能源耦合的负排放技术、氢能技术结合的新技术系统等方面。报告主要内容如下：

什么是碳捕集

一、碳捕集被认为是最具潜力、最具实效的减排手段

碳捕集利用与封存技术(CCUS)是在二氧化碳排放前就对它进行捕捉，从工业过程、能源利用或大气中分离出来，然后通过管道或船舶运输到新的生产过程进行提纯、循环再利用，或输送到封存地进行压缩注入到地下并使其发挥有效作用的过程，达到彻底减排和二氧化碳资源化利用的目的。

捕集即通过燃烧前捕集、燃烧后捕集、富氧化捕集和化学链捕集等方式，将二氧化碳从工业生产的过程中“抽”出来。运输即用罐车、船舶或管道的方式进行运输，将这些二氧化碳“聚集”起来。利用即通过工程技术手段，实现资源化利用。

比如将二氧化碳注入地下，进而实现强化能源生产、促进资源开采的过程，比如提高石油、天然气的开采率。封存即将收集到的二氧化碳注入深部地质储层，实现二氧化碳与大气长期隔绝的过程。如陆地封存或海洋封存等方式。

碳捕集、利用与封存技术是最直接的一种控制二氧化碳排放的措施，被科学界认为是碳存量治理最有潜力的和最具实效的减排手段，是未来减缓温室气体排放的重要技术路径之一。

国际能源署（IEA）研究结果表明，到2060 年累计减排量的14%来自于CCUS，而CCUS是唯一可以实现继续使用化石能源的同时大规模减排的低碳技术，也是工业领域深度减排的关键技术。

CCUS概念流程示意图

来源：创业邦研究中心

国内外碳捕集创新企业发展如何

碳捕集CCUS作为新兴技术，国内仍处于起步阶段，因此相较其他日渐成熟的行业，碳捕集赛道投融资活跃度较低。而在欧美发达国家，CCUS拥有较为成熟的服务模式。

一、国外CCUS创新企业分析：项目集中在碳捕获、碳利用两个细分领域

在整个CCUS产业链条当中，碳捕获是重点、碳利用是难点，国外CCUS创新企业大都集中于碳捕获、碳利用两个细分领域。

其中，碳捕获端企业主要围绕碳循环的机理，运用新兴技术解决烟气中二氧化碳的捕获难题。核心机制是将二氧化碳高度浓缩，以提高捕获效率、降低捕获成本。

服务模式以提供二氧化碳捕获的解决方案为主，目前的发展阶段处于技术成长期，未来5-10年有望迎来技术成熟期。例如，国外碳捕获端的代表性企业CarbonEngineering，以直接捕集技术赋能工厂，从“碳源”入手打造全球最大的DAC 工厂。

对于碳捕获端的创业公司而言，在创新运用生物炭捕获技术及“阿拉姆循环”技术两个方面会有较大的发展机会，融入碳捕集赛道当中需要积累CCUS项目经验。对于赛道潜在进入者或投资机构而言，碳捕获的技术壁垒较高、突破技术瓶颈的周期较长，入局或投资的风险存在不确定。

碳利用端企业主要围绕碳转化技术，提供多样化的转化形式，将原本的“废料”二氧化碳转化成丰富的复合材料或燃料，广泛应用到化工、能源、建筑、农业养殖等领域。核心机制是打造碳排放的闭环，将碳转化为清洁能源资产。

服务模式以提供碳转化技术为主兼以开发碳转化设备，目前的发展阶段处于技术突破期，在碳转化技术的落地应用方面亟待更深层次拓展，伴随着碳升级循环技术的创新运用，未来3-5年预计迎来行业应用的高峰期。例如，国外碳利用端的代表性企业RavenSR，运用碳氢化合物转化技术有机废物转化为清洁的氢气和合成燃料。

对于碳利用端的创业公司而言，碳负性生物燃料技术、高效储能技术、碳纳米材料、碳氢化合物融合等方面会有较大的发展机遇，融入碳捕集赛道需要增强创新技术的融合应用能力。对于赛道潜在进入者或投资机构而言，碳利用技术应用广泛、落地及推广普及成本低，但对于技术深度融合的水平要求更高。

二、国内CCUS创新企业分析：大多处于起步阶段，技术创新与商业模式有待探索

国内碳捕集前期投资巨大、回报周期漫长，企业面临的融资难度与商业风险不言而喻。国内企业大多处于起步阶段，融资金额及数量相比国外创新企业较少，仍在探索技术创新及可操作的商业模式。此外，还有一些尚未融资的创新企业也值得关注。

国内CCUS项目发展仍处于技术积累阶段，对于创新企业而言，国内CCUS虽然在政策制度、资金和项目上有待完善，但是现有玩家数量不多、竞争压力小。对于赛道潜在进入者或投资机构而言，CCUS赛道并不拥挤，还没有形成头部企业，依然是一片蓝海。

碳捕集赛道为什么受关注

一、技术层面：碳捕集（CCUS）是实现零碳的终极技术手段

化石能源燃烧占我国二氧化碳排放量的80%以上，其中煤炭占75%。从煤基工业和燃煤发电行业中减排二氧化碳是当前我国减排的关键，而CCUS是目前唯一能够实现这种减排的技术手段，在一定程度上可以弥补传统减排手段可能存在的诸多局限，如提高能效的潜力有限、可再生能源发电不稳定、天然气供应不足等会限制其减排潜力。

CCUS是我国实现碳中和目标技术组合的重要构成部分，是目前实现大规模化石能源零排放利用的唯一技术选择，在保障能源安全、促进绿色经济发展和提高生态环境综合治理能力等方面具备较好的多重协同效益。

CCUS在减排的同时可以形成具有可观经济社会效益的新业态，构建兼具韧性和弹性的能源系统。韧性的能源系统能够提供可持续的稳定能源供应，保证中国在未来经济发展过程中的能源安全。弹性的能源系统则能够满足不同地区和资源禀赋对于低碳能源的需求，保障中国高质量发展中的气候效益。

未来气候经济下的能源系统需要满足高效稳定、绿色低碳和灵活便捷的需求，这就使得能源系统具备多元化和低碳化的特征。无论是韧性还是弹性，多元化和低碳化的能源供应结构都需要传统化石能源在逐步减少的进程中实现低碳化。

作为长期主导我国能源领域的煤炭，还有多个工业领域不可替代的油气资源，其脱碳过程都需要CCUS技术的配合才能够实现。

二、市场层面：我国CCUS的减排贡献巨大，未来30年产值将超过3300亿元/年

国际数据能源基金会(IEA)数据显示，到2070年全世界实现碳中和，仅CCUS技术就需要占全球二氧化碳减排量的约19%，其余部分则是其他清洁能源技术。到2050年必须增加超过一百倍才能实现净零排放。

我国的碳排放量约占全球碳排放总量的1/4，减排和应对气候变化的压力日益增大。CCUS技术可为我国实现碳中和目标提供可观的减排贡献，科技部社会发展科技司数据显示：到2050年，我国CCUS产值将超过3300亿元/年。

根据IEA（国际数据能源基金会）数据，碳中和目标下中国CCUS减排需求为：2030年0.2-4.08亿吨、2050年6-14.5亿吨、2060年10-18.2亿吨。主要考虑各行业二氧化碳排放路径、CCUS技术发展以及CCUS可以使用或可能使用的情景。

火电行业：当前中国CCUS 示范的重点，碳中和目标下保持电力系统灵活性的主要技术手段。我国电力需求到2050年预计增长到12万亿~15万亿度，有4.3亿~16.4亿吨二氧化碳需通过CCUS技术减排才能实现电力系统的净零排放。燃煤电厂加装CCUS可捕获90%的碳排放量，使其变成一种低碳的发电技术。

钢铁行业：预计2030年减排需求为0.02亿吨-0.05亿吨/年，2060年减排需求为0.9亿吨-1.1亿吨/年。值得注意的是，钢铁行业的二氧化碳除了进行利用与封存外，还可以直接用于炼钢过程。充分利用这些技术，能够减排5%-10%。

水泥行业：预计2030年的减排需求为0.1亿吨-1.52亿吨/年，2060年减排需求为1.9亿吨-2.1亿吨/年。水泥行业石灰石分解产生的二氧化碳约占总排放量的60%，因此CCUS是水泥行业脱碳的必要手段。

石油化工：预计2030年的减排需求约为5000万吨，到2040年逐渐降低至0。这是由于石化和化工行业是二氧化碳的主要利用领域，并且捕集能耗低、投资成本与运行维护成本低，可为早期CCUS示范提供低成本的机会。

全球范围内处于规划后期阶段的项目总投资超过300亿美元，几乎是过去10年来投入资金的两倍之多。据国际数据能源基金会(IEA)预计，到2050年全球开发的项目需达到3400个，将需要额外投资2.5万－3万亿美元。

IEA估计中国和印度在2010－2050年则需要发展资金1.17万亿美元。到目前为止，全球只有大约20个CCUS设施在运营，缺口巨大。CCUS技术的成本是影响其大规模应用的重要因素，随着技术的发展，我国CCUS技术成本未来有较大下降空间。

碳捕集产业图谱与技术应用场景

一、CCUS产业链流程：碳捕集是重点、碳利用是难点

CCUS兼顾能源开发利用与环境保护两大主题，对我国以煤炭为主要能源的消费结构来说，应进一步加大技术研发，降低捕集技术的成本及能耗，发展全流程、全产业链的CCUS产业。

按照流程，CCUS可分为捕集、输送、利用与封存几大环节。从产业流程来看，CCUS依次涉及能源、钢铁、化肥、水泥、交通、化工、地质勘探、环保等众多碳排放行业。

CCUS产业链流程示意图

来源：睿兽分析

1.碳捕捉是CCUS技术立足的基石

二氧化碳的捕捉是CCUS技术的第一阶段，也是发展CCUS最重要的流程。发展CCUS技术的前提就是要有充足的“碳源”保障，而碳捕捉就是获取优质、丰富“碳源”的关键步骤。因此，碳捕捉是CCUS技术得以长久发展的基石。目前国内外CCUS项目都是以碳捕捉为载体，依托高效的捕集技术向外输出可利用的“碳产品”。

从覆盖技术来看，目前我国二氧化碳捕捉源覆盖燃煤电厂的燃烧前、燃烧后和富氧燃烧捕捉等多种技术，适合捕捉的排放源包括发电厂、钢铁厂、水泥厂、冶炼厂、化肥厂、合成燃料厂以及基于化石原料的制氢工厂等，其中化石燃料发电厂是二氧化碳捕捉最主要的排放源。三种碳收集技术中，燃烧后分离、燃烧前分离两种技术已较为成熟，富氧燃烧尚处于示范阶段。

碳捕捉技术的落地应用主要集中在油气行业、煤炭行业和电力行业。目前全球捕获的二氧化碳中约有70%来自石油天然气行业。根据全球碳捕集与封存研究院(GCCSI)数据，截至2020年年底，全球有37个大规模碳捕捉项目处于在建或开发阶段，捕集能力约为4000万吨/年。

2017年1月，全球最大的二氧化碳捕捉“新佩特拉”项目正式启动，每年捕集140万吨二氧化碳并将其封存到附近油田用于驱油增产。然而，目前绝大部分二氧化碳资源化利用产业尚未实现商业化应用，未能建立相关的产业链集群。

我国CCUS部分技术已经具备了商业化的能力，已投运或建设中的CCUS示范项目24个，多以煤化工、电力行业小规模的捕集驱油示范为主。从规模上看，我国已经具备大规模捕集利用与封存二氧化碳的工程能力，正在积极筹措全流程的CCUS产业集群。

2.二氧化碳运输与封存是不可或缺的“碳安置”方法

二氧化碳运输与封存是CCUS技术的重要辅助举措，可以将“碳源”更好地安置。

二氧化碳运输是指将捕集的二氧化碳运送到利用或封存地的过程，是捕集和封存、利用阶段间的必要连接。根据运输方式的不同，主要分为管道、船舶、公路槽车和铁路槽车运输四种。

二氧化碳地质封存是指通过工程技术手段将捕集的二氧化碳封存于地质构造中，实现与大气长期隔绝但不产生附带经济效益的过程。涉及咸水层封存、EOR等多种方式，根据学科领域的不同，可分为二氧化碳地质利用、二氧化碳化工利用和二氧化碳生物利用三大类。

按封存地质体及地理特点划分，主要包括陆上咸水层封存、海底咸水层封存、陆上枯竭油气田封存和海底枯竭油气田封存等方式。

二氧化碳的封存技术实际上就是把二氧化碳存放在特定的一种自然或人工“容器”中，利用物理、化学、生化等方法，将二氧化碳封存百年甚至更长的时间，森林、海洋、底层、化学反应器等都可以作为封存二氧化碳的“容器”。

各国科研人员正竭尽全力研究，如何将二氧化碳“囚禁（固化封存）”、“打进水牢（钻入海底）”，而长期安全性和可靠性是二氧化碳地质封存技术发展所面临的主要障碍。

3. 二氧化碳利用是CCUS技术创新突破的难点

二氧化碳利用是指利用二氧化碳的物理、化学或生物作用，在减少二氧化碳排放的同时实现能源增产增效、矿产资源增采、化学品转化合成、生物农产品增产利用和消费品生产利用等，是具有附带经济效益的减排途径。

二氧化碳利用技术所输出的各类产品都是价值较高、应用领域广泛的“宝贝”，市场前景尤为可观。因此，二氧化碳利用技术也成为全球发展碳中和的重大战略问题，欧盟2016年6月启动计划，将二氧化碳利用作为重大研究方向，日本也制定了二氧化碳利用规划路线图。

然而，二氧化碳虽然是空气中常见的化合物，但将其转化利用并非易事，由于二氧化碳分子存在不易活化、反应路径复杂、产品选择性低等问题，其活化转化已成为国际公认的科学难题。各国都将二氧化碳利用与转化技术重点放在突破高温、高压环境瓶颈、寻找合适的催化剂两方面。

我国国家发改委、能源局在《能源技术革命创新行动计划（2016-2030）》中将二氧化碳利用列为重点攻关任务。2021年9月23日，中国科学院宣布人工合成淀粉方面取得的重要进展，以二氧化碳、电解产生的氢气为原料，成功生产出淀粉，在国际上首次实现了二氧化碳到淀粉的从头合成，使淀粉生产从传统农业种植模式向工业车间生产模式转变成为可能。

4.CCUS产业链亟待成熟的市场化商业模式

全流程CCUS 项目涉及二氧化碳的捕获、运输、封存、利用等环节，涉及煤炭、钢铁、电力、化工、石油等众多行业，创新链、产业链和供应链协同保障能力不足。

未来CCUS 商业模式的探讨应该予以扩展，一方面，综合考虑多捕集源与管网和封存基础设施的集群模式，不仅可以解决二氧化碳的捕集和封存在数量上不匹配造成的技术问题，而且可以发挥规模效应，有效降低成本。另一方面，商业模式的探讨应考虑与其他能源系统的结合以及引入气候投融资，通过引入公共资金和社会资本共同推动CCUS 发展。

CCUS产业链体系的构建需准确把握我国重点区域CCUS潜力与源汇条件，因地制宜部署CCUS集成示范项目。CCUS全流程系统集成与示范是技术商业化应用发展的必经阶段，可全面掌握CCUS系统整体及各环节的安全风险管控，技术经济性指标实现程度等问题，为商业化应用积累经验。

二、CCUS技术应用情况：主要围绕“电”的场景

近年来，我国CCUS技术发展迅速，成果非常可观，在碳捕集、输送、利用及封存多个技术环节均取得显著进展，多种新技术类型涌现。与此同时，国内外的环境也发生很多变化，亟需我们重新评估CCUS技术的成熟度、确定技术发展新目标，以完善CCUS技术工业化的应用能力。

碳捕集与封存技术的分布领域主要集中于燃煤电厂等石化能源消费行业、生物质能领域，近年来绿色建筑、智能城市等生活相关行业的兴起，使得碳减排相关技术渗透到了建筑、汽车和材料领域。总体来看，物理分离设备领域、合成化合物工艺领域和石油化工燃烧过程领域占据了整个碳捕集与封存技术的一半以上。

CCUS是碳中和目标下保持电力系统灵活性的主要技术手段。我国CCUS技术最佳窗口期为2030-2035年之间，2030年前后是煤电厂CCUS技术改造的黄金时间。我国应用一代和二代技术最主要的主体就是燃煤电厂，现有燃煤电厂是CCUS技术推广的主要对象。

目前捕集技术主要包括: 燃烧前捕集、富氧燃烧和燃烧后捕集，其中燃烧后捕集技术能够满足现有烟气特点的要求，工程量较小，被认为是可行性最高的二氧化碳减排方法。

生物质能-碳捕集与封存（BECCS）技术利用植物的光合作用，结合生物质能和CCUS来实现温室气体负排放，将大气中的二氧化碳转化为有机物，并以植物生物质的形式积累存储下来，在长期缓解二氧化碳排放方面具有明显优势，在全球范围内具有可观的碳潜力。

目前美国、英国等一些发达国家进行了BECCS相关的示范工程，预计接下来将有更多的国家投入到这一领域。

碳捕集赛道的关键增长机会

CCUS技术巨大的能耗和过高的成本是制约其发展的根本因素。从安全性角度而言，长期封存的安全性和可靠性存在一定风险。

从跨部门或行业的协调与合作角度而言，CCUS不仅涉及单项技术，而且需要开展从捕集、运输、利用到封存等多项技术的集成，这需要不同企业和研究机构的合作。从技术研发示范角度而言，缺少合理的商业模式是阻碍其大规模商业化的主要原因之一，距离推动CCUS大规模商业化应用仍有较大差距。

但是，鉴于碳捕集对社会可持续发展的重要价值，随着CCUS技术的成熟，在政策支持及市场需求的推动下，依旧存在着关键的增长机会：

1. 从技术创新角度来看

下一代碳捕集技术将会在材料的创新、工艺或设备的改进上取得突破，这些新进展将使得投资运营成本降低的同时提高捕集效率。据睿咨得公司预测，CCUS 技术可以处理当前全球生产和经营活动产生的碳排放的60%。

现有的技术主要针对工业生产碳排放，若要实现全部二氧化碳捕集，则需要发展大气中二氧化碳直接捕集及生物能源技术。全球二氧化碳地质埋存潜力巨大，理论埋存量可达11.5 万亿吨，足以消化人类目前生产和生活产生的二氧化碳排放量，当前最需要做的是投资项目跨越技术和经济性障碍。

CCUS与新能源耦合的负排放技术是实现碳中和目标的托底技术保障。到2060年我国仍有部分无法减排的温室气体排放需要通过碳汇和负排放来抵消，应提前储备和部署生物质耦合CCUS技术（BECCS）和直接空气捕集（DAC）等负排放技术。

考虑我国尚未开展BECCS示范项目，并且生物质燃料的资源潜力受空间分布不均、可利用土地面积有限、环境政策制约等多种因素限制，聚焦评估BECCS减缓气候变化的综合效用和潜在风险，并为未来大规模实施BECCS开展技术储备和部署规划是当务之急。

探索氢能技术与CCUS技术结合的新技术系统。氢作为零污染的高效能源与工业原料，在未来有良好的发展趋势。化石能源制氢技术不仅能将高碳能源转化为零排放的氢能，而且可以在转化过程中集成低功能耗、低成本的CCUS 技术，实现燃料源头节能减排。提升技术在氢能生产、运输与利用环节的集成潜力与减排效益。

2.从产业集成角度来看

探索CCUS 与可再生能源和储能系统集成可行性与发展潜力。未来多元供能体系的稳定性与持续性要求对储能与多能互补技术提出要求，探索我国可再生能源+CCUS、储能+CCUS的集成技术新方向，构建低碳多元功能体系。

碳捕集工厂的模块化成为CCUS技术领域的发展趋势。与所有工业技术一样，CCUS的单位成本在很大程度上受到规模经济的影响。要推动CCUS增长和扩张，就需要更多经济型的小规模碳捕集工厂，既可以小规模运行，又不会引发巨大损失。

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