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碳索未来:CCUS技术让二氧化碳“变废为宝”

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在全球气候治理进程中,CCUS(碳捕集、利用与封存)是应对温室气体的关键技术。这套系统将火电、钢铁、水泥等行业排放的二氧化碳,或是直接从大气中捕获,经管道、船舶转运后,开展资源化利用,或是注入地下深部地层实现长期封存。它既是削减温室气体存量的重要手段,也构建起二氧化碳循环经济新模式,真正实现二氧化碳“变废为宝”。

我国高度重视CCUS的战略价值,出台多项政策、标准为产业发展保驾护航。CCUS示范项目纳入气候投融资支持范围,多批国家低碳技术目录纳入碳捕集驱油封存相关技术。2026年,《生态环境法典》明确鼓励碳捕集利用与封存技术研发交流;北京出台专项产业培育政策;12项CCUS国家标准正式发布实施,政策与标准体系协同发力,为绿色低碳转型注入强劲动力。

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以 “碳” 为翼,

专利透视全球创新格局

专利数据是观察CCUS技术研发热度的重要窗口。回看2021‑2025五年全球专利走势:2021年全球CCUS专利申请量779件,行业处于早期布局;2022年暴涨至1394件,大量企业科研机构入场;2023年达1736件,2024年突破2018件,来到研发布局高峰;2025年回落至1654件,行业告别盲目扩张,头部主体聚焦核心专利,进入理性沉淀、技术筛选阶段。

从国别分布来看,中国以5152件专利申请量位居全球第一,源于国内高耗能行业大规模研发与示范落地;韩国610件排第二,主攻模块化碳捕集;日本392件深耕吸附剂、节能工艺;美国308件重点布局直接空气捕集;印度开启低碳技术布局。中、韩、日三国专利合计占比超94%,亚洲成为全球CCUS创新核心区域。

申请人榜单上,中国华能集团以428件专利遥遥领先;三星重工、西安交通大学、西安热工研究院、中石化位列前五。能源央企凭借产业场景、资金优势,成为工程化落地主力军;高校与科研院所承担基础机理研究,形成高效的产学研创新链条;海外重工企业立足自身工业优势,开辟船舶碳捕集、海上封存等特色赛道。

综合专利数据可见:CCUS创新重心持续东移,研发从实验室理论探索,加速转向工程化、产业化落地。未来行业竞争不再是单点技术比拼,而是捕集‑运输‑利用‑封存叠加政策金融的全产业链生态竞争,我国依托完整产业链与广阔示范场景,占据发展先机。


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以“碳”为核,

两大新兴技术路径开辟新赛道

除传统化学、物理捕集手段外,生物路径、纤维材料路径成为CCUS创新的两大重要方向,通过仿生、新材料手段,低成本把二氧化碳转化为高价值资源。

生物路径:向自然学习,实现低碳固碳

依托藻类、工程菌、生物酶等生物催化剂,在常温常压条件下完成二氧化碳固定转化,大幅降低能耗。

  1. 微藻固碳

    微藻光合作用效率远高于陆生植物。深圳大学改造藻株,搭建光呼吸旁路提升胞内二氧化碳浓度,强化固碳效率;广东能源集团创新低成本培养工艺,生物质产量提升30%,营养盐成本下降70%,推进微藻固碳工程化落地,固碳同时产出油脂、淀粉等高价值产物。

  2. 合成生物学工程菌

    通过基因编辑改造微生物,构建固碳代谢通路。南京师范大学改造深红红螺菌,构建高性能固碳工程菌,定向提升固碳能力,同时严控生物安全风险,为微生物固碳提供新方案。

  3. 酶法捕集

    碳酸酐酶可极速催化二氧化碳水化反应。中国船舶711所研发碳酸酐酶嵌合体,解决蛋白纯化难题,提升热稳定性与催化效率,适配工业场景常温常压捕碳需求。

纤维材料路径:新型固体吸附剂,打造碳捕集“海绵”

利用纤维材料比表面积大、结构可调的特性,经过功能改性,制备高效二氧化碳吸附材料。

  1. 纤维素基多孔材料

    浙江农林大学以天然纤维素为基底,通过冷冻‑解冻工艺构建氨基功能化凝胶吸附材料,解决传统吸附剂官能团团聚、孔道堵塞问题,兼顾高吸附性能与循环再生能力,原料来源广泛、绿色低成本。

  2. 丝蛋白气凝胶

    丝纳米纤维素气凝胶具备优异吸附能力,低温下吸附容量可观,60℃温和条件即可完成再生,能耗远低于传统胺法,材料本身可生物降解,为环境友好型捕集材料提供新方向。


我国深刻认识到CCUS技术的战略价值,为CCUS技术提供了强有力的政策支撑。

3

机遇与挑战并存,

奔赴碳中和未来

CCUS搭建起化石能源体系向绿色能源体系过渡的关键桥梁,但大规模商业化仍面临成本偏高、能耗控制、基础设施配套、长期地质安全监测等现实难题。

如今,全球科研力量持续攻关,二氧化碳转化为燃料、化学品、建材乃至食品的设想,正一步步走出实验室。面向未来,需要政策端、科研端、产业端多方协同,持续突破技术瓶颈,完善产业配套。依靠持续创新与国际合作,把气候挑战转化为发展机遇,让CCUS技术真正赋能双碳目标实现。


文章来源:《创意世界》2026年9月号

原标题:CCUS技术让二氧化碳变废为宝

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