沙特阿拉伯炼油与石化行业废热驱动直接空气捕集技术的经济性评估与碳减排潜力分析

为解决工业废热利用率低和直接空气捕集(DAC)技术成本高的双重挑战，研究人员评估了沙特阿拉伯炼油与石化行业废热驱动DAC的潜力。研究表明，整合84 TWh/年废热可支持年捕集42 MtCO2 ，将DAC平均平准化成本(LCOD)降至148.5美元/吨，为工业碳减排提供可行路径。

　　

在全球碳中和目标下，工业领域面临碳减排与能源效率提升的双重压力。沙特阿拉伯作为石油经济体的代表，其炼油和石化行业贡献了全国近20%的温室气体排放，同时排放大量65-150°C的低品位废热。这些废热目前利用率不足30%，而直接空气捕集(DAC)技术虽能实现"负排放"，却因180-500 MW/MtCO₂
的高能耗难以规模化。如何将两类资源协同优化，成为工业脱碳的关键突破口。

来自沙特研究团队在《Carbon Capture Science》发表的研究，首次系统评估了该国42处工业设施废热驱动DAC的可行性。研究采用三级技术经济分析方法：基于燃料输入数据估算84 TWh/年废热潜力；建立热力学模型计算DAC系统与热泵的集成需求；通过平准化成本模型(LCOD)量化经济性。特别关注了温度阈值对热泵升级需求的影响，并采用0.6的规模指数反映设备成本非线性特征。

废热潜力与DAC容量
分析显示沙特炼油与石化行业年排放122 MtCO₂
，同时产生84 TWh废热（石化占61%）。按2 MWh/tCO₂
的热需求计算，可支持42 MtCO₂
/年捕集量，抵消34%行业排放。乙烯装置烟道气(149°C)和常减压蒸馏(156-216°C)成为优质热源，而<100°C的废热需通过COP=3的工业热泵(IHP)升级。

成本结构与经济性
13.5亿美元总投资中，DAC设备占比72-89%。规模效应显著：50万吨/年系统LCOD为148.5美元/吨，较小型装置降低31.6%。热泵集成仅贡献11-32%成本，但电力价格波动会使LCOD±5.5%。值得注意的是，废热温度分布对成本影响有限（±1.6%），表明技术适应性较强。

空间分布与政策启示
东部省集中了全国63%的废热资源（39.6 TWh石化+12.8 TWh炼油），与规划中的CO₂
封存基础设施高度重合。敏感性分析揭示，规模指数和利用率(UR)分别主导42.5%和25.6%的成本波动，凸显集群化部署和持续运营的重要性。

该研究为资源型经济体工业脱碳提供了创新范式。通过将DAC热需求(80-120°C)与工业废热特性精准匹配，不仅实现碳移除成本较传统DAC降低50%以上，更创造"排放源即碳汇"的循环经济模式。研究建议沙特将废热回收纳入"循环碳经济"框架，并开发基于产出的激励政策。未来需关注氢能转型对废热格局的影响，以及DAC与点源捕存(CCS)的协同优化。这种"工业代谢"思维对全球类似地区具有普适参考价值。