IPCC发布的《全球1.5℃增暖特别报告》建议将全球气温上升限制在1.5 ℃以内，实现这一目标迫切需要国际社会迅速采取大规模减排措施[1]。碳捕集、利用与封存（CCUS）技术是一种将CO2从排放源中分离出来，然后进行利用或封存的技术过程。与碳捕集与封存（CCS）相比，强调将捕获的CO2加以利用并创造经济价值[2]。CCUS技术一方面可以减少化石燃料燃烧和其他工业过程中CO2排放，另一方面能够提供多种途径来封存或将捕获的CO2加以利用[3]。在各种CCUS工艺路线中，矿化固碳技术正逐渐成为主流技术之一。《中国能源展望2060》（2024年版）指出，在我国CCUS业务路径的发展规模中，矿化利用技术将提供30%~40%的减排规模[4]。

国内外学者在碳减排效益分析方面取得了一定成果，主要包括碳排放测算、分解、影响因素研究等。目前，研究主要集中在工业行业，但已逐步扩展到农业、交通运输业等领域。未来需进一步完善和统一方法体系，以提高研究的实用性和准确性。目前，针对矿化固碳技术的碳减排效果并未建立统一的方法学和评价标准，根据《温室气体-产品碳足迹-量化要求及指南》ISO14067：2018，碳足迹的计量可以作为直观并量化展示减排效果的工具[5]。本研究以国内某电厂进行的化学链矿化工业试验为基础（化学链矿化是指通过循环物质的反应与再生，将CO2通过化学反应转化成稳定的矿物质或化合物的过程），并基于排放因子法[6]对工业实验数据进行评估计算，量化矿化固碳技术在实际应用中的减排效果。该研究结果以期为未来在更大规模上的应用提供理论计算基础和工程指导。

本评估计算基于国内某电厂年处理1000 t CO2的化学链间接矿化示范项目，工艺流程如图1所示。处理流程主要包括溶矿工段和矿化工段。溶矿工段是将矿化原料电石渣（主要成分为Ca(OH)2）和循环介质溶液（主要成分为NH4Cl）在浸取反应器内混合，从而实现Ca2+的提取。反应方程式如下：

其中电石渣不溶物固体经沉降过滤得到粗品滤饼（主要成分为CaCO3、SiO2等），粗品滤饼作为副产品送至电厂脱硫池作为脱硫剂使用，过滤清液（矿化液）和火电厂经脱硫脱硝后的烟气均送至矿化工段的矿化反应器中。烟气中CO2与矿化液混合发生矿化反应，生成CaCO3沉淀，同时实现循环介质氯化铵溶液的再生，反应方程式如下：

其中生成的微米级CaCO3颗粒经沉降过滤后得到碳酸钙产品。过滤清液（主要成分为NH4Cl水溶液）返回溶矿工段循环使用，碳酸钙产品送出界区，脱除CO2后的烟气送出界区外返回电厂烟气管道。

针对电厂的矿化固碳技术碳足迹的核算范围包括原料生产、原料运输、生产过程中的能源消耗。因矿化产品下游应用对产品的含水率要求不同，故不考虑矿化产品烘干过程能源消耗造成的碳排放[7]。

1.1  研究方法

本项目碳减排效益评估测算范围的示意如图2所示。首先，基于排放因子法对测算范围内各个活动数据涉及的碳排放量进行单独计算，基于ISO14064标准体系所述，测算范围不包含项目建设期间的碳排放；然后，将项目实际利用的CO2量减掉各活动产生的碳排放总量数据，得到项目本身的净碳减排效益。

根据《基于项目的温室气体减排量评估技术规范通用要求》（GB/T 33760—2017），上述过程涉及的净碳减排效益计算公式为：

式中：Cjp为净碳减排效益；Csc为原料生产过程碳排放总量；Cys为原料运输过程中碳排放总量；Cny为能源消耗所带来的碳排放总量，Cly为过程中碳的净利用量。

其中原料生产过程碳排放总量Csc按照式(4)计算：

式中：Csc为原料生产过程中碳排放总量，kg；Esc,i为原料生产阶段第i种原料总用量，kg；Fsc,i为第i种原料的碳排放因子，kg/kg。

原料运输过程碳排量Cys按照式(5)计算：

式中：Cys为原料运输过程中碳排放总量，kg；Eys,i为原料运输阶段第i种原料的总运输距离，km；Fys,i为第i种原料运输的碳排放因子，即将1 kg原料运输1 km产生的CO2，kg/(kg·km)。

能源消耗过程碳排量Cny按照式(6)计算：

式中：Cny为能源消耗所带来的碳排放总量，kg；Eny,i为生产阶段中第i种能源的总消耗量，kW·h或m3（标准工况下）或t；Fny,i为第i种能源消耗的碳排放因子，kg/(kW·h)或kg/m3或kg/t。

过程中碳的净利用量Cly按照式(7)计算：

式中：Cly为过程中碳的净利用量，kg；Mly为处理的CO2的总量，t；ηly为CO2的净回收利用率，%。

项目的净减排率ηp按照式(8)计算：

1.2  数据范围

本模型的构建是基于国内某电厂“化学链矿化火电厂二氧化碳捕集利用技术工业试验”（以下简称化学链矿化工业试验）装置运行8000 h的实际生产物料和能源消耗数据，以及物料在生产和运输过程中产生的碳排放数据。这些数据反映了项目的实际运行情况，为模型提供了可靠的数据基础，确保了碳减排效益计算的准确性和实用性。

2.4  项目过程中净利用Cly

表4为化学链矿化工业试验期间所获得的平均运行监测数据。CO2净回收利用率按式(9)计算：

2.5  计算结果及效益分析

根据碳减排效益评估的范围与计算方法，对化学链矿化工业试验的各个活动数据产生的排放进行了详细评估和计算，具体见表5。由表5可见：在各个活动数据中，过程中能源消耗占碳排放总量的比值最高，达到了65.60%，这是基于项目所使用的能源形式以及能源所对应的排放因子计算得到的，清洁低碳能源占比越高则碳排放量越低；其次是原料的生产，占总碳排放量的33.11%。根据净碳减排效益的计算公式（式(3)及式(8)），化学链矿化工业试验项目的净减排率为52%。

为进一步验证化学链矿化工艺在万吨级工业化应用方面的潜力，基于前述千吨级工业试验碳减排效益分析结果，以年处理量为10万吨级化学链矿化工艺作为参考标准进行碳减排效益预测。

3.1  10万吨级化学链矿化工艺模型

通过对10万吨级化学链矿化工艺模型的布局和物料平衡计算，预测了工艺过程中原辅材料和公用工程的消耗量，具体见表6。这些数据反映了整个工艺运行过程中的资源和能源需求，并作为基础数据用于分析工艺的碳足迹、资源效率，以及可能的环境影响。

由图3可知，当处理的烟气中CO2体积分数较低时，年用电量明显高于CO2体积分数高时的年用电量，净碳减排效益明显低于CO2体积分数高时的净碳减排效益。通过对烟气进行提纯净化可以提高CO2的体积分数对净碳减排效益有利，但提纯过程本身会增加新的能耗或物耗。因此实际的工艺过程是否需要对CO2进行提纯净化需要综合考虑工艺、设备的工程化难度以及对项目净碳减排效益的影响程度。

4.2  原料

原料对工艺碳减排能力的影响主要包含原料的类型、原料自身的生产工艺所带来的碳排放以及原料自生产工厂运输至项目目的地车间所带来的运输过程碳排放。对因原料自身生产带来的碳排放应择优选择生产同品质原料碳排放较低的生产企业，以降低原料端带来的范围三碳排放[17]；另外原料距离项目工艺车间的运输距离也是不容忽视的一个重要环节[18]，图4为原料运输距离对净碳减排效益的影响。从图4中可以看出，随着运输距离的增加，净碳减排效益明显呈下降趋势。因此应尽可能选择距离工艺装置较近的原料供应地，以减少运输过程中产生的碳排放。此外各厂家电石渣中活性组分含量的高低也会影响电石渣的用量，影响电石渣的运输和过程能耗，从而间接影响碳排放量。

4.3  能源消耗

在我国，随着可再生能源的快速发展，电网中的绿色电力（即来自太阳能、风能等可再生能源电力）占比在逐年增加[19]。如果在项目中较多地使用这些绿色电力代替基于化石燃料燃烧的传统电力，可以进一步减少因能源使用带来的碳排放，从而提升整体的减排效益。图5为使用不同的电力碳排放因子计算得到的净碳减排效益。由图5可知，电力的碳排放因子与碳减排效益之间存在线性关系。即碳排放因子越低，电力生产过程中的碳排放越少。因此，为提高项目整体的碳减排效益，应优先考虑使用低碳或无碳类型的电力。随着我国绿色电力技术的不断进步、成本的不断降低[20-21]，使用绿色电力将成为提升项目碳减排效益的重要手段。