3月19日，我國(guó)第一口位于海底的二氧化碳封存回注井正式開(kāi)鉆，這標(biāo)志著我國(guó)初步形成了海上二氧化碳注入、封存和監(jiān)測(cè)的全套鉆完井技術(shù)和裝備體系，填補(bǔ)了我國(guó)海上二氧化碳封存技術(shù)的空白。

撰文/記者 趙天宇 圖文編輯/陳永杰

采訪專家:

【資料圖】

陳建文（中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局青島海洋地質(zhì)研究所研究員）

程國(guó)明（中國(guó)地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)院正高級(jí)工程師）

據(jù)多家媒體報(bào)道，3月19日，我國(guó)第一口位于海底的二氧化碳封存回注井正式開(kāi)鉆，這標(biāo)志著我國(guó)初步形成了海上二氧化碳注入、封存和監(jiān)測(cè)的全套鉆完井技術(shù)和裝備體系，填補(bǔ)了我國(guó)海上二氧化碳封存技術(shù)的空白。

▲CCUS技術(shù)是未來(lái)應(yīng)對(duì)全球氣候變暖的重要技術(shù)選擇之一。（圖片來(lái)源/中國(guó)網(wǎng)）

碳捕獲與封存（Carbon Capture and Storage 簡(jiǎn)稱CCS）技術(shù)是指將二氧化碳從工業(yè)或相關(guān)排放源中分離出來(lái)，輸送到封存地點(diǎn)，并長(zhǎng)期與大氣隔離的過(guò)程。這種技術(shù)被認(rèn)為是未來(lái)大規(guī)模減少溫室氣體排放、減緩全球變暖最經(jīng)濟(jì)、可行的辦法。而CCUS（Carbon Capture，Utilization and Storage）技術(shù)是在CCS技術(shù)基礎(chǔ)上將二氧化碳進(jìn)行捕獲、提純，繼而投入到新的生產(chǎn)過(guò)程中進(jìn)行循環(huán)再利用或封存的一種技術(shù)。該技術(shù)是未來(lái)應(yīng)對(duì)全球氣候變暖的重要技術(shù)選擇之一。

目前，我國(guó)CCUS技術(shù)整體還處于建設(shè)示范項(xiàng)目階段，未來(lái)將逐步走向商業(yè)化和規(guī)模化。而對(duì)于普通公眾來(lái)說(shuō)，CCUS技術(shù)卻相對(duì)陌生，對(duì)這種革命性的清潔發(fā)展科技更是知之甚少，亟待解讀與科普。

CCUS：

應(yīng)對(duì)氣候變暖重要方案

二氧化碳是溫室效應(yīng)的最主要?dú)怏w，隨著大氣治理科學(xué)研究的進(jìn)展，一種全新的理論被提出——既然人類排放的二氧化碳大部分由地下埋藏的化石能源釋放，是否可以將其埋回地下？

CCUS技術(shù)誕生時(shí)間不長(zhǎng)，但已被視為應(yīng)對(duì)全球變暖的一種重要方案。整個(gè)環(huán)節(jié)可以簡(jiǎn)單總結(jié)為收、運(yùn)、儲(chǔ)、用。

“收”是指二氧化碳捕集，是將二氧化碳從工業(yè)生產(chǎn)、能源利用或大氣中分離出來(lái)，以備后續(xù)處理的過(guò)程。主要分為燃燒前捕集、燃燒后捕集、富氧燃燒、化學(xué)鏈捕集和直接從大氣中捕集。

目前碳捕集的商業(yè)化運(yùn)營(yíng)已經(jīng)相對(duì)成熟，產(chǎn)業(yè)鏈上的企業(yè)較多，全球每年捕集能力超過(guò)4000萬(wàn)噸。甚至吸引騰訊這樣的互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)入局，和冰島碳封存公司Carbfix合作，將在中國(guó)建設(shè)首個(gè)二氧化碳礦化封存示范項(xiàng)目。

“運(yùn)”是指二氧化碳輸送，捕集到的二氧化碳必須運(yùn)輸?shù)胶线m的地點(diǎn)進(jìn)行封存。可以使用汽車、火車、輪船以及管道來(lái)進(jìn)行運(yùn)輸。由于二氧化碳在封存過(guò)程中存在泄漏風(fēng)險(xiǎn)，所以對(duì)二氧化碳運(yùn)移過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，成為國(guó)際學(xué)界的一個(gè)熱門課題。

“儲(chǔ)”是指二氧化碳封存，是將捕集的二氧化碳注入深部地質(zhì)儲(chǔ)層，使二氧化碳與大氣長(zhǎng)期隔絕，從而進(jìn)入“休眠態(tài)”。一般說(shuō)來(lái)可分為地質(zhì)封存和海洋封存兩類。

▲中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田黃3區(qū)CCUS國(guó)家示范工程 （圖片來(lái)源/中國(guó)網(wǎng)）

“用”是指二氧化碳利用，是通過(guò)工程技術(shù)手段，對(duì)捕集的二氧化碳實(shí)現(xiàn)資源化利用的過(guò)程，實(shí)現(xiàn)真正意義上的“化碳為寶”。

國(guó)際能源署數(shù)據(jù)顯示，CCUS技術(shù)未來(lái)每年可減少69億噸二氧化碳排放，到2050年之后，也將有助于抵消“必要排放”的二氧化碳，其抵消作用將占到2070年為止的累積二氧化碳減排量的15%。

儲(chǔ)存環(huán)節(jié)尚有技術(shù)壁壘

在CCUS產(chǎn)業(yè)鏈中，二氧化碳封存是最為重要的一環(huán)，也是技術(shù)難度最高的部分，國(guó)際上目前尚未形成規(guī)?；纳虡I(yè)路線，處于持續(xù)探索當(dāng)中。

像地質(zhì)封存，一般是將超臨界狀態(tài)（氣態(tài)和液態(tài)的混合體）的二氧化碳注入地質(zhì)結(jié)構(gòu)層當(dāng)中，油田、氣田、咸水層、無(wú)法開(kāi)采的煤礦都滿足這樣的條件。其中，深部咸水層碳封存和枯竭油氣藏碳封存技術(shù)現(xiàn)在最為成熟。尤其是咸水層，具有分布廣泛、儲(chǔ)存量大等特點(diǎn)，被視為地質(zhì)封存當(dāng)中的最佳場(chǎng)地。

目前，陸地封存技術(shù)雖然已經(jīng)相對(duì)成熟，但由于儲(chǔ)層應(yīng)力場(chǎng)改變以及地質(zhì)構(gòu)造的不可預(yù)估性，二氧化碳在封存過(guò)程中存在著一些安全隱患。

最著名的當(dāng)屬西澳大利亞Gorgon項(xiàng)目2016年3月就開(kāi)始生產(chǎn)出天然氣的工廠，直到2019年8月才姍姍來(lái)遲，開(kāi)啟CCS設(shè)備比計(jì)劃晚了三年半。

▲西澳大利亞Gorgon項(xiàng)目（由天然氣生產(chǎn)車間和CCS設(shè)備組成）（圖片來(lái)源/中國(guó)網(wǎng)）

究其原因，是2017年底檢查發(fā)現(xiàn)，工廠液化天然氣廠和注水井之間的管道中存在過(guò)量水，造成了閥門和管道發(fā)生泄漏腐蝕，且沙子堵塞了地下的注氣井，嚴(yán)重?fù)p害了壓力管理系統(tǒng)。

就我國(guó)而言，當(dāng)前二氧化碳年排放量在100億噸左右，這其中沿海11?。ㄊ校┱急染徒咏话?。但由于這些地區(qū)陸域沉積盆地面積小、分布零散，適宜碳封存的地質(zhì)條件相對(duì)較差，封存潛力有限，“海洋封存”成為一條全新的路徑。

海洋地質(zhì)碳封存，指將CO2通過(guò)輪船或管道運(yùn)輸?shù)胶Ｑ竽硞€(gè)場(chǎng)地并灌注到海底以下地質(zhì)體中進(jìn)行封存。中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局青島海洋地質(zhì)研究所研究員陳建文解釋說(shuō)，因海底以下有厚度大且分布廣泛的咸水層使得海洋二氧化碳地質(zhì)封存潛力大。

具體方法是“捕獲或分離后的二氧化碳將被送至海上鉆井平臺(tái)，通過(guò)平臺(tái)上的壓縮機(jī)對(duì)二氧化碳進(jìn)行增壓，使二氧化碳達(dá)到超臨界狀態(tài)，最終通過(guò)注入井封存到海底以下深部咸水層等地質(zhì)體中。”陳建文表示，國(guó)內(nèi)已有珠江口盆地恩平15-1示范工程，目前正在鉆探灌注井，計(jì)劃每年灌注30萬(wàn)噸，5年封存量達(dá)150萬(wàn)噸。

▲中國(guó)的CCUS技術(shù)全景圖（圖片來(lái)源/2021年中國(guó)二氧化碳捕集利用與封存(CCUS)年度報(bào)告）

對(duì)于外界“海上封存安全性低”“海上封存影響生態(tài)環(huán)境”的質(zhì)疑，陳建文表示，目前沒(méi)有直接證據(jù)證明，海洋封存會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成污染，像挪威海域的斯萊普萊爾項(xiàng)目從1996年就開(kāi)始進(jìn)行海底封存，前5年的工程示范證實(shí)是安全的，此后開(kāi)展商業(yè)運(yùn)作，一直灌注了27年，目前仍在灌注中，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)異常。日本2016-2019年在北海道附近海域灌注了30萬(wàn)噸，到目前為止一直在監(jiān)測(cè)，未發(fā)現(xiàn)安全風(fēng)險(xiǎn)。

海洋封存為什么反而更“安全”？陳建文說(shuō)，由于海水的覆蓋不僅可以避免二氧化碳泄漏時(shí)直接排放到大氣中，而且附加的海水壓力降低了對(duì)蓋層封閉性的要求，使二氧化碳封存在海底以下具有更高的穩(wěn)定性。因長(zhǎng)期的海水交換作用，海底地層中的孔隙流體與正常海水的化學(xué)組成更接近，可以降低二氧化碳注入過(guò)程中壓力不平衡誘發(fā)的裂隙活動(dòng)帶來(lái)的泄漏危險(xiǎn)性。

“化碳為寶”

二氧化碳能怎么“用”？

技術(shù)之外，二氧化碳封存成本也是外界關(guān)注的問(wèn)題。IPCC（聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化專門委員會(huì)）研究認(rèn)為，只有當(dāng)捕集和封存CO2的總成本降到每噸25-30美元（約合人民幣每噸125-200元）時(shí)，CCUS才可能大規(guī)模推廣。

但不計(jì)算運(yùn)輸和封存成本，僅捕集環(huán)節(jié)，目前國(guó)外成本約每噸11-57美元（約合人民幣65-400元），而我國(guó)當(dāng)前成本更是高達(dá)每噸300-900元。

▲我國(guó)第一口位于海底的二氧化碳封存回注井 （圖片來(lái)源：中海油官網(wǎng)）

中國(guó)地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)院正高級(jí)工程師程國(guó)明認(rèn)為，二氧化碳的技術(shù)問(wèn)題逐漸突破后，今后成本才是行業(yè)關(guān)注的重點(diǎn)。目前碳儲(chǔ)存的價(jià)格遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于碳匯價(jià)格，企業(yè)更愿意參與后者，除非成本得到控制，否則真正意義上的商業(yè)化阻力較大。

“碳封存目前在國(guó)內(nèi)沒(méi)有經(jīng)濟(jì)性，但在國(guó)外證明經(jīng)濟(jì)性還是有競(jìng)爭(zhēng)力的，”陳建文表示，成本支出與相關(guān)政策密切相關(guān)，而政策也會(huì)影響碳市場(chǎng)價(jià)格，從長(zhǎng)遠(yuǎn)角度來(lái)看，碳達(dá)峰以后經(jīng)濟(jì)性會(huì)逐步好轉(zhuǎn)，總體來(lái)看趨勢(shì)是樂(lè)觀的。

另一方面，除了碳封存，全球已經(jīng)有超過(guò)80家公司，開(kāi)始研究使用二氧化碳的另一種新方法——回收再利用，這不僅是一項(xiàng)氣候雙贏策略，也可能成為CCUS領(lǐng)域的一條新賽道。

比如在石油勘采領(lǐng)域，利用二氧化碳提高原油采收率是目前二氧化碳利用技術(shù)最廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景，可增采原油的收益彌補(bǔ)項(xiàng)目成本，經(jīng)濟(jì)可行度高。二氧化碳驅(qū)替煤層氣技術(shù)，也可以顯著提高煤層氣采收。

化工制品也是二氧化碳再利用的重要場(chǎng)景，在日常生活中十分多樣化，例如啤酒、碳酸飲料的生產(chǎn)；制成干冰用于食品冷藏運(yùn)輸；合成有機(jī)小分子等精細(xì)化學(xué)品或尿素、鹽酸鹽等常用化學(xué)品。

目前國(guó)外已興起建設(shè)直接空氣碳捕捉(DAC)工廠，即直接從空氣中捕捉二氧化碳的工廠。預(yù)計(jì)到2030年，可實(shí)現(xiàn)每年捕獲85噸二氧化碳 ，2050年能每年捕獲980噸二氧化碳。

也許某一天，我們將用上加注廢舊二氧化碳的天然氣，使用CCUS技術(shù)供給的干冰冷藏食品，喝著用工廠排放CO2制作的罐裝啤酒可樂(lè)，真正將低碳融入日常生活。到那時(shí)，你會(huì)發(fā)現(xiàn)CCUS其實(shí)離你我并不遠(yuǎn)，這將是一個(gè)十分美好的場(chǎng)景。

出品：科普中央廚房

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