核心挑战：部署缓慢，而非技术失败
工业级碳捕集与封存（CCS）的主要障碍并非技术不可行，而是部署速度过于缓慢。2021年的一项评估发现，若按当前项目开发速度持续推进，到2050年全球二氧化碳封存能力将约为每年7亿吨，仅能满足净零排放目标所需量的10%左右[5]。这意味着，尽管单个项目已证明技术可行，但新建设施的总体进度仍远落后于实际需求。
进展缓慢有多重原因。高昂的资本成本是主要因素：例如，从水泥厂捕集二氧化碳的中位成本为每吨144美元[7]。对许多行业而言，若无强有力的财政激励，这一成本实在过高。2021年一项关于能源转型的分析指出，低油价已使二氧化碳驱油技术无利可图，同时缺乏连贯的政府政策与公众接受度[6]。在美国，公众对碳捕集与封存（CCS）的认知度极低，而随着成本上升，对补贴等政策的支持率也急剧下降[9]。
技术可行之处与瓶颈所在
CCS技术在多个场景中已得到技术验证，但其可行性高度依赖于当地地质条件、水资源状况及行业类型。传统CCS技术将高压高密度CO₂注入咸水层或枯竭油气藏的不渗透盖层之下。这种方法在许多地区效果良好，但并非放之四海而皆准。对于像沙特阿拉伯西部这样缺乏此类地质构造的干旱地区，需要采用不同的方案。2026年的一项试点项目证明，将CO₂溶解于水中并注入活性岩层，使其矿化为稳定的碳酸盐，即可实现碳封存——但这一过程通常需要消耗相当于CO₂质量20至50倍的水。该项目通过循环利用地下流体解决了这一问题，无需额外引入外部水源[1]。这表明CCS技术可适应复杂环境，但每种解决方案都需因地制宜。
新型捕集技术也在不断涌现。2023年展示的一种电化学固态电解质反应器，在模拟烟气中实现了每分钟每平方厘米0.137毫摩尔的二氧化碳捕集速率（相当于每天每平方米86.7千克二氧化碳），去除效率超过98%，能耗低至每摩尔二氧化碳150千焦[3]。该技术具有工业应用前景，但目前仍处于实验室/中试阶段。与此同时，利用太阳能驱动钙基捕集技术将二氧化碳转化为燃料的方法，仍面临材料降解及复杂热流耦合等难题，这些问题需在规模化应用前得到解决[2]。
政策与公众接受度是成败关键
即使技术已经成熟，碳捕集与封存（CCS）若缺乏政策支持与公众信任，仍难以规模化推广。2022年一项针对英国工业集群的研究发现，"社会运营许可"——即当地社区的信任、明确的政府战略以及稳定的资金支持——至关重要。英国虽雄心勃勃，但过去的资金取消和政策变动已损害了信心[8]。在美国，2021年的一项调查显示，当成本上升或碳捕集设施靠近居民区时，公众对CCS政策的支持率会下降。相较于补贴或增税，禁止新建未配备CCS的化石燃料工厂的政策更受欢迎[9]。
经济可行性同样取决于碳定价。2023年一项针对北欧地区基于森林的生物能-碳捕集与封存（Bio-CCS，即生物能源与CCS相结合）的研究发现，当碳价达到每吨二氧化碳300欧元时，生物燃料产量会急剧增加，但同时也加剧了对生物质的竞争，导致纸浆材和锯末价格攀升。这可能引发“碳封存泄漏”——即排放只是被转移到了别处[4]。这凸显出，CCS必须纳入更广泛、设计完善的政策组合中，才能避免意外后果。
本文引用的文献
通过将CO₂与循环水共同注入地下实现矿物封存。
证明通过循环地下流体，在无盖层的干旱地区实现CO₂矿化封存是可行的，从而无需外部水源（通常需要储存CO₂质量的20–50倍水量）。
耦合太阳光与碳循环：太阳能驱动钙基CO₂捕集及热化学转化制燃料的进展与挑战
综述了太阳能驱动的钙基CO₂捕集及燃料转化技术，指出了在工业规模化应用前必须解决的关键挑战，包括材料降解和复杂的热流耦合问题。
电化学固体电解质反应器中的连续碳捕集
一种电化学固态电解质反应器实现了每分钟每平方厘米0.137毫摩尔（即每天每平方米86.7千克）的二氧化碳捕获速率，去除效率超过98%，能耗低至每摩尔二氧化碳150千焦。
大规模生物能碳捕集与封存（Bio-CCS）部署对森林生物质竞争及林业产业生产的影响
在碳价达到300欧元/吨二氧化碳的情况下，大规模部署生物质能碳捕集与封存（Bio-CCS）会加剧对生物质的竞争，导致纸浆材和锯末价格上涨，并存在碳封存泄漏的风险。
在失去的十年末期，碳捕集与封存技术
按照当前的部署速度，到2050年全球二氧化碳封存能力预计约为每年7亿吨，仅能满足净零排放目标所需量的10%。
碳捕集与封存在能源转型中的作用
CCS推广缓慢的原因包括油价低迷、缺乏财政激励、公众接受度低、政策不一致以及资本投入过高；为此，建议建立区域性CCS走廊并推行碳定价机制。
水泥行业如何推动工业脱碳规模化？
美国水泥行业碳捕集与封存（CCS）的中位总捕集成本为每吨二氧化碳144美元；缺乏运输/储存基础设施以及高昂的投资成本是主要障碍。
CCS产业集群：构建社会运营许可
在英国工业集群中为碳捕集与封存（CCS）建立社会运营许可，需要明确的政府战略、稳定的资金支持以及当地社区的信任；过去的政策变动已损害了信心。
美国碳捕集与封存：认知、偏好及政策启示
在美国，公众对碳捕集与封存（CCS）的认知度极低；对CCS政策的支持度随成本上升及设施距离缩短而下降；禁止新建未经减排处理的化石燃料电厂比提供补贴更受欢迎。