自1997年起，美国能源部（DOE）开始系统性布局二氧化碳捕集利用与封存（CCUS）研究项目。此后20余年，DOE累计投入超过10亿美元，极大推动了美国CCUS技术进步与商业项目部署。
DOE对CCUS的支持力度也受到美国国内政治的影响。拜登政府上台后，特别是2021年11月，两党基础设施法案（Bipartisan Infrastructure Law）正式签署后，DOE显著加大了开展CCUS研究支持的力度。文章源自云智设计-https://www.cidrg.com/news/forward/20925.html
本文简要梳理DOE当前在碳管理项目（Carbon Management Program）上的布局情况，并简要总结相关启示，以期为我国CCUS项目布局提供有益借鉴。文章源自云智设计-https://www.cidrg.com/news/forward/20925.html
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一、DOE碳管理项目总体布局
DOE碳管理项目旨在推动美国CCUS技术进步、实现深度脱碳。该项目由美国国家能源技术实验室（NETL）具体负责管理。DOE进一步提出了该项目的三个具体目标。文章源自云智设计-https://www.cidrg.com/news/forward/20925.html
一是确保美国拥有负担得起、丰富可靠的低碳能源。提供以创新技术为重点的解决方案，帮助建立清洁能源经济，包括低碳氢的供应。文章源自云智设计-https://www.cidrg.com/news/forward/20925.html
二是开发全生命周期CCUS技术。通过点源碳捕获和可靠碳封存（CCS）以及从大气中去除二氧化碳，消除化石燃料对气候和环境的影响，解决最难脱碳行业的问题。文章源自云智设计-https://www.cidrg.com/news/forward/20925.html
三是为全体美国人实现环境可持续发展。改善因持续使用化石燃料而受到影响的社区的状况，构建一条能够产生大量高薪就业机会的清洁能源转型途径。文章源自云智设计-https://www.cidrg.com/news/forward/20925.html
技术布局上，DOE CCUS项目重点支持五个方向：点源碳捕获、二氧化碳移除、二氧化碳转化、二氧化碳输送与封存、化石能源耦合CCUS制氢。文章源自云智设计-https://www.cidrg.com/news/forward/20925.html
二、点源碳捕集方向
点源碳捕集（Point Source Capture）方向，主要目标是针对发电和工业领域的点源二氧化碳排放，开展高效碳捕集新技术开发与示范。文章源自云智设计-https://www.cidrg.com/news/forward/20925.html
点源碳捕集的重点是天然气发电行业，以及水泥、钢铁等高碳工业。这些行业的相关基础设施被认为至少会持续使用至本世纪中叶。文章源自云智设计-https://www.cidrg.com/news/forward/20925.html
DOE希望通过相关项目的实施，在接下来的十年里，加速碳捕集技术在上述行业的应用与放大。这些新的高效、革命性的点源碳捕集技术需要具备在弹性负荷下运行的能力，并实现95%以上的碳捕集率。
两党基础设施法案对该方向给予35.74亿美元的资金支持。其中，碳捕集技术开发项目五年资助1亿美元，碳捕集大型中试项目2022-2025年资助9.37亿美元，碳捕集示范项目2022-2025年资助25.37亿美元。
三、二氧化碳移除方向
二氧化碳移除（Carbon Dioxide Removal）方向，主要目标是推进各种直接或间接从大气中去除二氧化碳的技术，以支持美国到2050年实现十亿吨规模的碳排放减少。
DOE关注多种碳移除技术，包括直接空气碳捕集（DAC）、强化矿化（Enhanced Mineralization）、生物质碳移除与封存（BiCRS）、生物质能碳捕集与封存（BECCS）、直接海洋碳捕集（DOC）等。
两党基础设施法案对该方向给予36.15亿美元的资金支持。其中，区域性直接空气捕集枢纽项目五年资助35亿美元，预商业化和商业化直接空气捕集技术奖励竞赛项目五年资助1.15亿美元。
四、二氧化碳转化方向
二氧化碳转化（Carbon Dioxide Conversion）方向，主要目标是开发和示范一系列技术，将二氧化碳转化为对环境负责、公平且经济价值高的产品，帮助美国到2050年实现碳中和的目标。
二氧化碳转化过程包括吸收（微藻与生物产品）、催化转化（燃料和化学品）以及矿化（无机材料）等三种典型途径。
碳转化方向的近期目标是通过研发与中试评估转化技术的性能和路线，中期目标是示范五种可靠的转化路线或技术，长期目标是通过大规模部署转化技术实现规模化减碳。
两党基础设施法案对该方向给予五年3.1亿美元的资助。
五、二氧化碳运输与封存方向
二氧化碳运输与封存（Carbon Dioxide Transport and Storage）方向，主要目标是开发必要的工具、技术以及其它创新，从而实现高安全、低成本、永久性的二氧化碳封存。
该项目将通过支持先进技术研发示范，构建大规模运输场景、商业性碳封存设施、区域性碳封存枢纽等活动，奠定支撑大规模碳减排和碳移除的基础。
通过实施这些项目，将获得建设可靠碳封存基础设施的策略、提高碳封存效率和降低成本的方法，同时帮助教育合作伙伴，培养劳动力，为后续技术转移和技术支持打下基础。
两党基础设施法案对该方向给予47亿美元的资金支持。其中，碳封存验证和测试项目五年资助25亿美元，二氧化碳运输基础设施金融与创新项目五年资助21亿美元，二氧化碳运输基础设施前端工程设计项目五年资助1亿美元。
六、化石能源耦合CCUS制氢方向
化石能源耦合CCUS制氢（Hydrogen with Carbon Management）方向，主要目标是开发新一代碳中和甚至负碳排放的清洁氢能技术。
2021年6月，DOE曾提出“氢能攻关计划”，计划在接下来的一个十年期内，使1千克清洁氢能的成本降至1美元以下。化石能源耦合CCUS制氢方向是上述计划的有机组成部分。
该方向计划投资于评估碳基清洁氢（配备CCUS）作为替代燃料的相关研究、开发和示范，以支持开发和使用任何来源的清洁氢能。
相关支撑技术包括气化、可逆固体氧化物燃料电池、氢燃料气轮机技术，以及先进材料、传感器和控制技术等。
两党基础设施法案对该方向相关的区域性清洁氢能枢纽项目给予五年80亿美元的资助，其中至少5亿美元用于资助一个化石能源耦合CCS制氢枢纽。
七、小结与启示
第一，美国两党基础设施法案极大增加了DOE最近五年对CCUS项目的支持力度，资金总额达到122-127亿美元。这种支持力度势必刺激美国CCUS技术的大规模研发、示范与商业部署的爆发式增长。
第二，美国能源部在全面布局捕集、转化、运输与封存等传统方向的基础上，对空气碳捕集、化石能源耦合CCS制氢两个方向给予额外重视，碳转化方向的资助力度则较其它方向低一个数量级。这体现了DOE对CCUS不同方向战略重要性的考量。
第三，美国能源部对于CCUS领域的顶层规划与压倒性资金支持力度，很大程度上避免了不同主体之间的重复研究，有利于提高全社会的研发投入产出效率。相比之下，我国CCUS技术研发与示范目前以国资央企各自推动为主，整体效率有优化空间。
第四，美国能源部牵头开展的CCUS相关研究，多年来从工具、数据、基础设施等方面，提供了大量的公共资源，有效降低了企业开展CCUS研究和部署的技术和资源壁垒。相关做法值得我国开展CCUS技术研究的国家队借鉴。
第五，美国能源部对于碳封存、空气碳捕集和氢能供应，都提出了对区域性枢纽规划建设的大力支持。这一重要趋势可为我国开展CCUS相关顶层设计研究和规划中提供有益借鉴。
部分参考文献
NETL. Safe Geological Storage of Captured Carbon Dioxide: Two Decades of DOE's Carbon Storage R&D Program in Review. 2020.
- DOE FECM Office. The Role of Fossil Energy and Carbon Management in Achieving Net-Zero Greenhouse Gas Emissions. 2022.
- NETL. Carbon Management. https://www.netl.doe.gov/carbon-management. 2023.
- NETL. Carbon Storage Program Fact Sheet. 2023.
- Robert Smith, Kevin Dooley. DOE Carbon Transport Program Strategic Vision & Future Outlook. 2023.
- William Aljoe. Carbon Transport & Storage Infrastructure Projects and Opportunities. 2023.
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