综述：海洋工业中船上碳捕获、利用和储存技术的进展与挑战：最新综述

《Marine Policy》：Advancements and challenges of Onboard Carbon Capture, Utilization and Storage technologies for marine industry: A state-of-the-art review

海运行业减排压力大，亟需船载碳捕获、利用与封存（OCCUS）技术。本文系统梳理物理吸收、化学吸收等主流CCUS技术原理及局限，提出CO?制甲醇、人工叶技术等创新方案，指出空间限制、溶剂降解及经济可行性等核心挑战，强调模块化船设计、政策激励与跨领域协作对技术落地的关键作用。

　　在全球气候变暖的背景下，海运业正面临日益增长的脱碳压力。国际海事组织（IMO）设定的2050年实现净零排放目标，以及不断收紧的全球气候政策，促使海运行业必须寻找有效的减排措施。这一趋势下，船舶上的碳捕集、利用与储存（Onboard Carbon Capture, Utilization and Storage，简称OCCUS）技术被视为实现零排放航运的关键过渡方案。本文系统地回顾了主流的碳捕集方法，包括物理吸收、化学吸收、吸附、膜分离和低温分离，分析了其基本原理、操作流程、优势与局限性，并结合大量文献资料进行了深入探讨。同时，文章还提出了几种创新的OCCUS解决方案，如二氧化碳氢化制甲醇、人工叶技术以及集成制冷与能源储存系统，详细阐述了这些技术的反应机制、技术优势和潜在效益。通过分析，我们发现催化氢化制甲醇在短期内具有较大的应用潜力。为了克服实施过程中遇到的障碍，本文强调了模块化船舶设计、有针对性的政策激励以及跨行业的紧密合作的重要性。最终，文章指出OCCUS技术在海运业脱碳转型中的不可或缺作用，并明确了未来发展的关键方向：碳捕集技术的战略定位、船舶设计范式的演进以及有效政策框架的实施。

随着全球气温的持续上升，海运业作为温室气体排放的重要来源，其减排任务尤为紧迫。根据国际气候变化专门委员会（IPCC）2022年的报告，到2024年底，全球平均气温相较于1850–1900年的基准值已上升约1.1–1.3摄氏度。巴黎协定则要求全球平均地表温度（GMST）的上升幅度不超过1.75摄氏度，并希望实现将GMST稳定在1.5摄氏度的目标。然而，当前全球大气中的二氧化碳浓度已超过420 ppm，远高于1850–1900年基准值的280 ppm。其中，海运业的贡献不容忽视，其排放占全球人为排放的3.3%，预计到2050年，这一比例可能上升至12–18%，因为全球贸易量预计将增长200%。这种增长趋势使得海运业在实现气候目标的过程中面临更大的挑战。

与此同时，全球碳定价机制的快速发展也加剧了船舶碳捕集系统的部署压力。例如，欧盟的碳边境调整机制（CBAM）要求对海运的碳足迹进行严格核算，而IMO也提出了每吨二氧化碳当量100–150美元的碳税方案。这些政策工具的引入，使得船舶运营者在燃料成本和贸易准入方面面临双重挑战。此外，海运业的能源消耗模式也决定了其在实现脱碳目标中的特殊地位。全球商船队每年消耗超过350百万公吨的化石燃料，占全球石油需求的7%，超过了德国的国家能源预算。一艘超大型集装箱船的日均燃油消耗可达200–300公吨，其二氧化碳当量排放相当于5万辆乘用车。由于海运业在推动全球90%贸易流通中的主导地位，其单位运输里程的能源强度是航空和陆路运输的2–3倍，这使得其排放轨迹与巴黎协定目标存在不可调和的矛盾。

为了应对这些挑战，IMO提出了分阶段的减排目标：到2030年，国际海运的单位运输工作二氧化碳排放量必须比2008年减少至少40%，到2040年达到至少70%的减排水平，最终在2050年实现净零排放。这些目标的设定得到了经济手段的支撑，例如对传统燃料征收碳税，以及在主要司法管辖区实施强制性的碳足迹披露要求。此外，欧盟的海洋燃料计划要求到2030年相比2020年减少6%的二氧化碳排放。这些协调一致的政策框架突显了在海运业实施全面脱碳措施的迫切需求。

直接减少船舶碳排放的方法之一是采用替代燃料。近年来，蓝氢、绿氢、生物燃料和生物液化天然气（bio-LNG）等新兴替代燃料显示出作为可持续海洋能源的巨大潜力，其生命周期碳足迹比传统燃料低45–90%。然而，由于技术限制和缺乏相应的基础设施，这些替代燃料在短期内难以广泛应用于海运业。因此，有必要探索适用于现有船舶的实用脱碳方法。在此背景下，碳捕集、利用与储存（CCUS）技术，已经在陆地广泛应用，成为我们研究的重点。在船舶上部署CCUS系统，可以通过安装 onboard 设备直接控制排放。对于现有的航运业来说，OCCUS无疑是目前最可行的短期脱碳方案。

然而，由于船载环境与陆地环境存在根本差异，OCCUS技术仍处于实验阶段。近年来，针对集成二氧化碳利用技术的研究逐渐兴起（Li et al., 2025; Shuangjun et al., 2024）。特别是，将点源二氧化碳捕集与直接空气捕集（DAC）相结合，为实现碳循环提供了新的机遇。这类集成系统不仅可以为合成燃料和其他增值产品提供稳定的碳源，还能推动海运业形成闭环的碳循环，从而缓解温室气体排放的压力。然而，与陆地上的CCUS设施相比，船载OCCUS应用仍存在显著的研究空白，特别是在能源效率、设备紧凑性和复杂海洋条件下操作安全性等方面。解决这些挑战将是推进未来航运中二氧化碳利用技术部署的关键。

主流的碳捕集技术根据其在燃料使用或工业生产过程中的实施阶段，主要分为三类：预燃烧碳捕集、富氧燃烧碳捕集和后燃烧碳捕集技术（Kim et al., 2022）。这些技术可以进一步细分为具体的流程，如图2所示。尽管这些技术已在陆地上得到初步应用，但在船舶上的实施仍面临诸多挑战。尤其是，船载碳捕集（OCC）和移动式DAC在应用于船舶时，都会遇到相似的障碍，包括高能耗、空间和重量限制，以及与现有船舶系统的整合问题。对于船载碳捕集和储存系统而言，这些挑战尤为突出。

在船载环境中，二氧化碳捕集、利用与储存（OCCUS）技术的应用仍面临诸多限制。首先，船舶空间有限，这使得安装和运行大型碳捕集设备变得困难。其次，捕集过程中的溶剂降解问题，影响了设备的长期运行效率和经济性。此外，高昂的运行成本和复杂的维护要求，也使得这些技术难以在现有船舶上大规模推广。为了克服这些障碍，本文探讨了多种集成的OCCUS解决方案，将现有的碳捕集技术与新兴的碳利用方法相结合。这些技术的集成不仅有助于提高系统的整体效率，还能增强其在复杂海洋环境下的适应能力。

本文还提出了三种基于船舶的创新OCCUS解决方案。第一种是将点源二氧化碳捕集与直接空气捕集相结合，以实现碳循环。第二种是利用二氧化碳氢化技术生产甲醇，这不仅能够有效捕集二氧化碳，还能将其转化为有价值的化学品。第三种是开发集成制冷与能源储存系统，以提高碳捕集过程中的能量利用效率。这些方案的提出，旨在为海运业的脱碳提供可行的技术路径。通过综合分析这些技术的可行性与挑战，本文希望为推动OCCUS在海运业的部署提供理论支持和实践指导。

在船舶上实施CCUS技术的关键在于如何平衡技术可行性与经济成本。虽然这些技术在陆地上已经取得了一定的进展，但在船舶上的应用仍面临诸多技术难题。例如，如何在有限的空间内安装高效的碳捕集设备，如何确保设备在复杂海洋环境下的稳定运行，以及如何提高碳捕集过程中的能量利用效率。这些问题不仅影响技术的可行性，也决定了其在实际应用中的经济性。因此，有必要对这些技术进行深入研究，并探索其在船舶上的最佳应用方式。

此外，OCCUS技术的实施还受到政策环境的影响。随着全球碳政策的不断收紧，船舶运营商需要在合规成本和运营效率之间找到平衡。例如，IMO的阶段性碳税要求和欧盟的CBAM的范围3核算，使得船舶运营商面临双重成本压力。在这种情况下，OCCUS技术的部署不仅是技术问题，更是政策和经济问题的综合体现。因此，本文强调了政策制定者、行业参与者和技术研发者之间的紧密合作，以确保OCCUS技术的顺利实施。

综上所述，OCCUS技术在海运业的脱碳转型中具有重要的战略意义。本文通过系统回顾主流碳捕集方法，分析了其在船舶上的应用前景与挑战，并提出了几种创新的OCCUS解决方案。这些方案的实施不仅有助于提高海运业的能源效率，还能减少其对环境的影响。然而，要实现这些目标，还需要在技术、政策和经济等多个方面进行深入研究和探索。未来，随着技术的不断进步和政策的逐步完善，OCCUS技术有望成为海运业实现零排放的重要工具。