CO₂ 捕集技术（燃烧后 / 燃烧前 / 富氧）全球格局与能耗降本研究

报告编号：OGG-S-004　|　级别：S 级旗舰报告　|　所属赛道：OG-G CCUS 与双碳 · CO₂ 捕集集群

出品方：北京经纬智汇信息咨询有限公司

报告日期：2026 年 6 月

保密级别：商业秘密（对外交付 · 客户授权范围内使用）

版本：V1.0

阅读导引 本报告采用"双入口"结构。决策层 / 投资方读者建议阅读「执行摘要」「第 03 章 市场格局」「第 08 章 中国专章」「第 10 章 趋势展望与行动建议」即可获取全部决策要点；技术人员读者建议在此基础上深读「第 02 章 技术现状全景」「第 04 章 技术深度剖析」「第 05 章 能耗与成本」「第 06 章 典型案例」。 全文遵循"结论后置"逻辑——先铺陈数据与分析，最后在第 10 章给出明确的结论、建议与行动路径与触发基准。

执行摘要

CO₂ 捕集（CO₂ Capture）是碳捕集、利用与封存（CCUS）全链条的"龙头"环节，约占 CCUS 总资本支出的 75%、决定整条产业链的技术经济可行性。本报告系统梳理燃烧后、燃烧前、富氧燃烧三大主流技术路线及直接空气捕集（DAC）、生物质能碳捕集（BECCS）、电化学捕集等新兴路线的技术原理、能耗特征、成本曲线与全球竞争格局，并设中国专章深度展开，最终为立项、选型与投资决策提供依据。核心判断如下。

第一，全球碳捕集正处"从规划走向执行"的拐点，但部署速度仍严重滞后于净零路径。 截至 2025 年第一季度，全球已投运 CO₂ 捕集与封存能力约 5000 万吨/年；全球碳捕集与封存研究院（GCCSI）统计项目管线达 628 个、累计捕集能力 4.16 亿吨/年，2017 年以来七年复合增速达 32%。然而，基于现有管线测算的 2030 年捕集能力约 4.3 亿吨/年，仍"远低于"国际能源署（IEA）净零情景所要求的 10 亿吨（1 Gt）。换言之，行业在"项目数量"上高速扩张，但在"实际投运产能"与"净零缺口"之间仍存在数量级差距。

第二，能耗与成本是决定技术路线胜负的核心变量，三大路线分化显著。 第一代单乙醇胺（MEA）燃烧后捕集再生能耗约 3.7–4.2 GJ/tCO₂，是商业主力但能耗偏高；第二代溶剂目标将再生能耗降至 2.0 GJ/tCO₂ 以下。富氧燃烧因空气分离单元（ASU，约 200–300 kWh/tO₂）带来约 8.5–12 个百分点的发电效率惩罚；燃烧前（IGCC）路线效率惩罚约 5–8 个百分点，但改造既有机组难度大。DAC 当前成本约 400–1000 美元/吨，权威研究测算其长期成本更可能落在 230–540 美元/吨，而非业界常引用的 100 美元/吨乐观目标。点源捕集成本则高度依赖气源浓度——天然气处理仅 15–25 美元/吨，电力与水泥则达 40–120 美元/吨。

第三，中国已建成 CCUS 全产业链工程能力、且具备显著成本优势，但市场化机制尚未到位。 齐鲁石化-胜利油田百万吨级项目（2022 年投产）与国家能源集团泰州 50 万吨/年项目（亚洲最大煤电 CCUS）标志中国工程能力进入成熟期；中国电力行业捕集成本约 300–600 元/吨，整体低于欧美同类。2025 年 3 月全国碳市场扩容至钢铁、水泥、铝冶炼三大行业，覆盖率由约 40% 升至 60% 以上。但中国核证自愿减排量（CCER）体系尚无 CCUS 方法学，碳价（2025 年中约 60–86 元/吨区间）仍显著低于捕集成本，CCUS 当前仍主要依赖国央企政策性投资与 EOR（CO₂ 驱油）收益驱动，缺乏纯市场化激励。

风险提示：①标杆项目业绩参差——Boundary Dam、Petra Nova 等燃煤电厂 CCS 长期捕集率低于设计预期；②政策不确定性——美国 45Q 税收抵免、欧盟碳价、中国 CCER 方法学进度均存在变数；③成本下降节奏不确定——DAC 可能不及乐观预期；④碳价不足——全球多数碳市场碳价仍低于捕集成本。

行动建议（详见第 10 章）：近期聚焦低成本气源（天然气处理、蓝氢、煤化工/石化）与政策红利；中期押注第二代溶剂与模块化方案；长期关注化学链、电化学、MOF 等颠覆性技术与 CDR（碳去除）信用市场。针对中国市场，建议优先布局 EOR 协同项目、投资国产化卡脖子环节、布局 CO₂ 矿化建材等已现早期盈利的利用路线。

*图 0-1 CO₂ 捕集技术全景与核心结论速览图*

01 · 调研背景与目标

1.1 调研缘起与问题意识

气候变化是 21 世纪人类社会面临的最严峻挑战之一。《巴黎协定》确立的将全球平均气温升幅控制在工业化前水平 2℃ 以内、并努力限制在 1.5℃ 以内的目标，意味着全球必须在本世纪中叶实现碳中和（净零排放）。在实现净零的诸多技术路径中，可再生能源、电气化、燃料切换与能效提升构成主体减排力量，但对于电力系统调峰、钢铁、水泥、化工等"难以减排"（hard-to-abate）行业，以及为对冲历史累计排放而必须实现的"负排放"，CCUS 被普遍视为不可或缺的"托底"技术选择。

在 CCUS 的"捕集（Capture）—运输（Transport）—利用（Utilization）—封存（Storage）"全链条中，捕集环节是技术难度最高、成本占比最大的"咽喉"。据 BCC Research 与多家机构测算，捕集环节约占 CCUS 全产业链资本支出的 75%、市场服务份额约 80%。捕集技术的能耗水平与单位成本，直接决定了整条 CCUS 产业链能否跨越商业化临界点。因此，深入研究 CO₂ 捕集技术的全球格局、能耗瓶颈与降本路径，对于把握 CCUS 产业投资节奏、识别技术与卡脖子机会、支撑企业立项与选型决策，具有基础性的战略意义。

当前，全球碳捕集产业正经历一个微妙的"拐点期"：一方面，在美国 45Q 税收抵免、欧盟净零工业法案、中国双碳战略等政策驱动下，项目管线高速扩张、资本大量涌入；另一方面，已投运产能增长缓慢、多个标杆项目业绩不及预期、碳价普遍低于捕集成本，行业对 CCUS 的经济性与角色定位仍存在显著分歧（IEA 在其《世界能源展望 2025》中将 CCUS 在净零情景中的贡献定位下调至 5% 以下，而以国际能源经济与金融分析研究所（IEEFA）为代表的机构则对 CCUS 的成本与可靠性持批评态度）。在这一"高预期与高争议并存"的背景下，厘清技术现状、辨明降本前景、识别真实机会，正是本报告的核心价值所在。

1.2 核心调研问题

本报告围绕以下五个核心问题展开系统研究：

• 技术现状如何？ 燃烧后、燃烧前、富氧燃烧三大主流路线及 DAC、BECCS、电化学等新兴路线，各自的技术原理、成熟度（TRL）、能耗水平与工程可行性处于什么阶段？各路线的核心瓶颈与突破方向是什么？

• 全球格局怎样？ 全球碳捕集市场规模、区域分布（北美/欧洲/亚太/中东）、主要技术供应商竞争格局、核心专利分布如何？哪些标杆项目可作为技术经济性的真实参照？

• 能耗与成本卡在哪里？ 各技术路线的能耗与成本到底是多少？成本构成如何拆解？近期、中期、长期的降本路径与技术路线图是什么？

• 中国处于什么位置？ 中国的政策环境、技术研发现状、重大示范项目、产业链格局、成本水平与市场前景如何？与国际先进水平的差距与卡脖子环节在哪里？政策驱动向市场化驱动的转换节点何时到来？

• 机会与风险何在？ 未来技术演进方向、商业模式创新、投资机会与主要风险分别是什么？应在什么基准（trigger）下调整投资决策？

1.3 调研范围界定

• 技术范围：覆盖燃烧后捕集（化学吸收/物理吸附/膜分离/低温分离）、燃烧前捕集（IGCC+水煤气变换、天然气重整、化学链燃烧）、富氧燃烧捕集（空分、循环流化床富氧、加压富氧），以及 DAC、BECCS、电化学捕集、光/酶催化等新兴前沿技术。
• 应用场景：全覆盖电力（燃煤/燃气电厂）、工业（水泥、钢铁、化工）、油气（炼厂、LNG、天然气处理）等点源，以及空气直接捕集。
• 地域范围：全球视野，重点对标北美、欧洲、亚太、中东，并设中国专章重点展开。
• 时间视角：全时间轴，梳理技术从起源、发展到当前现状，并前瞻至 2030、2035、2050、2060 等关键时间节点。
• 研究颗粒度：宏观（行业趋势、政策环境）+ 中观（细分技术、产业链、竞争格局）+ 微观（具体企业、项目、材料、能耗成本数据）多层次结合。

1.4 调研方法说明

本报告采用"定性 + 定量结合、多源信息交叉验证"的研究方法：

• 信息来源：以 IEA、GCCSI、IPCC、美国能源部国家能源技术实验室（DOE/NETL）、IEAGHG、日本 NEDO/JOGMEC、欧盟 JRC 等权威机构的公开报告为骨干，结合中国《CCUS 技术发展路线图》《中国 CCUS 年度报告》《中国 CCUS 路径研究》等本土权威成果，辅以企业官方披露、行业专家观点与公开学术文献。
• 交叉验证：对存在口径分歧的关键数据（如市场规模预测、标杆项目业绩、碳价、DAC 成本等），本报告标注不同来源并交叉比对，区分"官方目标""分析师推测""企业宣称值"，避免单一来源偏误。
• 结构化分析：运用技术成熟度（TRL）评估、技术经济分析（TEA）、竞争格局分析（含市场份额、优劣势、竞争策略、发展潜力）等结构化框架展开。

数据可靠性声明：本报告所引数据均来自公开权威渠道，但 CCUS 行业数据存在三类固有不确定性——①不同机构对市场规模、成本的预测口径差异显著；②企业宣称的捕集成本多为规模化目标或营销口径，尚待大规模商业验证；③前瞻性预测（含"目标""预计""可能"等表述）不应视为既成事实。详细的数据边界说明见报告末「数据可靠性边界与免责声明」。

02 · 技术现状全景

2.1 CO₂ 捕集的技术定义与核心原理

CO₂ 捕集，是指从工业排放源（点源）或大气（空气源）中将 CO₂ 分离、富集，得到高纯度 CO₂ 产品流，以备后续运输、利用或封存的技术总称。其本质是一个"气体分离"过程——将 CO₂ 从混合气体（如烟气、合成气、空气）中选择性地分离出来。分离的难度，取决于气源中 CO₂ 的浓度（分压）：浓度越低，分离所需的最小理论功越高（呈指数关系）。这一基本规律，是理解不同技术路线能耗与成本差异的"第一性原理"。

按 CO₂ 从燃料燃烧/转化流程中被分离出来的位置，点源捕集可分为三大技术路线：

• 燃烧后捕集（Post-combustion）：在燃料完全燃烧后，从烟气（主要成分 N₂、CO₂、H₂O、O₂）中分离 CO₂。烟气中 CO₂ 浓度通常较低（燃煤约 12–15%、燃气约 3–4%），分离难度较大。优势在于可对既有电厂"末端加装"改造，无需改变燃烧主体。
• 燃烧前捕集（Pre-combustion）：先将燃料气化/重整为合成气（H₂+CO），经水煤气变换将 CO 转化为 CO₂ 和 H₂，再在燃烧前从高压合成气中分离 CO₂（浓度可达 15–40%）。CO₂ 分压高、可用低能耗的物理溶剂分离，但需配套气化/重整系统，主要用于新建 IGCC、合成氨、制氢等场景。
• 富氧燃烧捕集（Oxy-fuel）：用近纯氧（而非空气）助燃，烟气主要成分为 CO₂ 和 H₂O，经冷凝脱水后即得高浓度 CO₂，分离极为简单。代价是需配套耗能巨大的空气分离单元（ASU）制氧。

此外，直接空气捕集（DAC） 从浓度仅约 420 ppm（0.042%）的大气中捕集 CO₂，是浓度最低、理论分离功最高、因而成本最高的捕集方式，但具有"地点灵活、可实现负排放"的独特价值。

*图 2-1 三大捕集路线工艺流程对比示意图*

2.2 技术发展脉络与成熟度评估

CO₂ 捕集技术的发展可大致划分为四个阶段：

起源阶段（1930s–1970s）：胺法吸收 CO₂ 的化学原理早在 1930 年代即被申请专利，最初用于天然气脱碳（去除天然气中的酸性气体 CO₂ 和 H₂S）。这一时期的技术服务于油气工业的产品提纯，而非气候目的。

萌芽阶段（1970s–1990s）：1972 年美国 Val Verde 天然气厂开始捕集 CO₂ 用于 EOR，标志 CCUS 的雏形出现。1996 年，挪威 Sleipner 项目作为全球首个以气候为目的的专门 CO₂ 地质封存项目投运（为规避碳税而将天然气处理中分离的 CO₂ 回注咸水层），开启了 CCS 的"现代纪元"。

示范阶段（2000s–2010s）：随着气候议题升温，各国启动一批大型示范项目。2014 年加拿大 Boundary Dam 成为全球首个燃煤电厂商业化 CCS 项目；2015 年加拿大 Quest 项目（制氢+CCS）、2017 年美国 Petra Nova（燃煤电厂 CCS）相继投运。这一阶段验证了大规模捕集的工程可行性，但也暴露出成本高、部分项目业绩不及预期等问题。

加速与分化阶段（2020s 至今）：在净零目标驱动与美国 45Q、IRA 等强力政策刺激下，全球项目管线爆发式增长（GCCSI 统计 2024 年项目数同比增 60%）。与此同时，技术路线加速分化——第二代溶剂、膜分离、固体吸附、化学链、DAC、电化学等多元路线并进，行业进入"商业主力（胺法）+ 多路线竞逐降本"的格局。

成熟度（TRL）总体评估：

*图 2-2 CO₂ 捕集技术成熟度（TRL）雷达/梯度图*

2.3 国内外整体发展现状

国际整体现状：全球已投运 CO₂ 捕集与封存能力约 5000 万吨/年（2025Q1），其中超过 60% 来自天然气处理设施——这是因为天然气脱碳的 CO₂ 浓度高、分离成本最低（15–25 美元/吨），是当前唯一接近商业可行的应用。电力、工业（水泥/钢铁）、制氢、DAC 等高成本场景虽在项目管线中占比快速上升，但实际投运规模仍小。从技术路线看，化学吸收（胺法）仍是绝对商业主力；膜分离于 2024 年迎来首个商业级机组（MTR 在美国 Basin Electric 电厂建成 1250 吨/天膜法捕集厂）；DAC、BECCS 在 CDR（碳去除）信用市场驱动下进入早期商业化。

中国整体现状：中国 CCUS 技术整体已进入工业示范阶段，大部分技术与国际先进水平差距不大、部分领域并跑或领跑。截至 2024 年 11 月底，中国已投运和规划建设的示范项目超 120 个、捕集能力达 600 万吨/年，其中 10 万吨级及以上项目超 40 个、50 万吨级及以上超 10 个。齐鲁石化-胜利油田百万吨级项目（2022 年投产）标志中国具备了大规模 CCUS 全产业链工程能力。中国的突出优势是工程成本较低（电力行业捕集成本约 300–600 元/吨，整体低于欧美）；主要短板是市场化机制缺位（CCER 尚无 CCUS 方法学、碳价低于捕集成本）、部分核心材料与装备（高性能膜、长寿命吸附剂、高压压缩机）仍依赖进口或处于攻关阶段。

*图 2-3 全球已投运 CO₂ 捕集产能的行业分布饼图 + 区域分布地图*