海底碳封存——一個(gè)潛力巨大的未來(lái)產(chǎn)業(yè)正在崛起

 

我國(guó)是世界上二氧化碳排放最多的國(guó)家。近年來(lái)，我國(guó)二氧化碳年排放量在100億噸左右，約為全球總排放量的1/4。為推進(jìn)綠色低碳發(fā)展，我國(guó)提出“雙碳”目標(biāo)，二氧化碳排放力爭(zhēng)于2030年前達(dá)到峰值，努力爭(zhēng)取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和。研究表明，即便充分利用替代能源和生態(tài)系統(tǒng)吸收，我國(guó)碳達(dá)峰后每年仍有數(shù)億噸的二氧化碳負(fù)排放缺口，利用CCUS技術(shù)進(jìn)行地質(zhì)碳封存是必要的解決手段。根據(jù)封存地點(diǎn)，地質(zhì)碳封存分為陸地地質(zhì)碳封存和海底地質(zhì)碳封存。

 

海底碳封存是將二氧化碳從工業(yè)過(guò)程、能源利用或大氣中分離出來(lái)，并注入海底深部地質(zhì)體中實(shí)現(xiàn)二氧化碳永久減排的過(guò)程，是目前國(guó)際上最成熟的二氧化碳負(fù)排放技術(shù)之一。“與陸地碳封存相比，海底碳封存具有遠(yuǎn)離人類居住地、遠(yuǎn)離人類賴以生存的地表水體和地下水層等特點(diǎn)，安全性更高，環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)更小。”我國(guó)海域二氧化碳地質(zhì)封存潛力評(píng)價(jià)工作牽頭負(fù)責(zé)人、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說(shuō)，實(shí)施海底碳封存，因?yàn)樾枰黾雍Ｉ线\(yùn)輸、鋪設(shè)海底管道等環(huán)節(jié)，成本會(huì)更高。但海底巨大的封存潛力和未來(lái)巨大的封存規(guī)模將在很大程度上降低成本。

 

早在2010年，中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局就組織實(shí)施了“全國(guó)二氧化碳地質(zhì)封存潛力評(píng)價(jià)與示范性工程”，對(duì)我國(guó)海域二氧化碳地質(zhì)封存潛力進(jìn)行了初步評(píng)估。“此前的潛力評(píng)估，評(píng)價(jià)參數(shù)與相關(guān)數(shù)據(jù)主要來(lái)自公開(kāi)資料，評(píng)價(jià)精度較低。”陳建文介紹，2021-2022年，在中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局的統(tǒng)一部署下，青島海洋地質(zhì)研究所牽頭，廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局和中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局發(fā)展研究中心參加，充分利用20余年的海洋地質(zhì)調(diào)查實(shí)測(cè)地質(zhì)和地球物理數(shù)據(jù)以及公開(kāi)發(fā)表的商業(yè)性油氣勘探開(kāi)發(fā)等資料，系統(tǒng)開(kāi)展了我國(guó)海域二氧化碳地質(zhì)封存潛力評(píng)價(jià)，證實(shí)我國(guó)海域二氧化碳地質(zhì)封存潛力巨大，預(yù)測(cè)盆地級(jí)封存潛力達(dá)2.58萬(wàn)億噸。

 

2.58萬(wàn)億噸是如何評(píng)估出來(lái)的？陳建文告訴記者，國(guó)際上評(píng)估海底碳封存潛力一般有兩種方法：一種是機(jī)理法，即根據(jù)二氧化碳封存在海底的各種方式如溶解封存、束縛封存、構(gòu)造地層封存等進(jìn)行計(jì)算，主要針對(duì)的是小范圍的目標(biāo)層，相對(duì)精準(zhǔn)；另外一種是體積法，這種方法主要根據(jù)海底封存的有效空間進(jìn)行計(jì)算，比較適合針對(duì)廣闊海域的評(píng)估。“我們此次評(píng)價(jià)，創(chuàng)新提出了符合我國(guó)海域地質(zhì)條件的二氧化碳地質(zhì)封存潛力評(píng)價(jià)方法——模型體積法，根據(jù)我國(guó)海域的實(shí)際情況確定了4個(gè)關(guān)鍵技術(shù)模型獲取參數(shù)，重點(diǎn)對(duì)我國(guó)海域適宜海底碳封存的18個(gè)盆地進(jìn)行了潛力評(píng)估，并優(yōu)選出了重點(diǎn)目標(biāo)區(qū)，為下一步海底碳封存示范工程選址提供了方向。”陳建文說(shuō)。

 

資料顯示，我國(guó)東部沿海省份是二氧化碳排放大戶。2020年，沿海11?。ㄊ校┑亩趸寂欧帕考s占全國(guó)總量近一半，未來(lái)減排任務(wù)艱巨。在碳封存方面，東部沿海地區(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。而海底碳封存的巨大潛力以及安全性等優(yōu)勢(shì)，為城市減排提供了一個(gè)解決思路。

 

“海域盆地穩(wěn)定性好，實(shí)施海底碳封存時(shí)，有海水層覆蓋、遠(yuǎn)離人類居住地、遠(yuǎn)離淡水水體，本身比較安全。即便發(fā)生泄漏，也是初步泄漏到海水里面，通過(guò)海水稀釋淡化并及時(shí)維護(hù)，不會(huì)產(chǎn)生大的風(fēng)險(xiǎn)災(zāi)害。”中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局青島海洋地質(zhì)研究所副所長(zhǎng)印萍表示。

 

我國(guó)示范研究項(xiàng)目正加快開(kāi)展

 

實(shí)施海底碳封存，在國(guó)外已被證實(shí)安全有效。其中，海底碳封存運(yùn)行時(shí)間最長(zhǎng)、最為成熟的案例在挪威。

 

1996年，挪威啟動(dòng)Sleipner油田CCS項(xiàng)目，將開(kāi)采油氣過(guò)程中產(chǎn)生的二氧化碳進(jìn)行分離，通過(guò)一口斜井將其注回到咸水層，利用海底咸水層地質(zhì)結(jié)構(gòu)的氣密性來(lái)封存二氧化碳。這是世界上第一個(gè)商業(yè)規(guī)模的咸水層碳封存工程，運(yùn)行20余年來(lái)，每年封存二氧化碳100萬(wàn)噸，封存的二氧化碳沒(méi)有異?；顒?dòng)，無(wú)泄漏情況出現(xiàn)。

 

海底碳封存是如何實(shí)現(xiàn)密閉安全的？陳建文解釋說(shuō)，進(jìn)行海底碳封存時(shí)，一般先利用機(jī)器對(duì)二氧化碳進(jìn)行增壓，使二氧化碳達(dá)到超臨界狀態(tài)，即由氣態(tài)轉(zhuǎn)化為液態(tài)，最后通過(guò)注入井封存到儲(chǔ)層中。適合海底碳封存的儲(chǔ)層包括深部咸水層、枯竭油氣層、不可采煤層等。其中，深部咸水層是主力儲(chǔ)存空間。以深部咸水層為例，最佳結(jié)構(gòu)為穹頂式地質(zhì)結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)就像是一個(gè)倒過(guò)來(lái)的碗，注入在其中的二氧化碳，由于密度比地下咸水低，因此運(yùn)移到碗的頂部。同時(shí)，碗頂有厚厚的蓋層蓋住，二氧化碳很難滲出，因此具有良好的封閉性。在長(zhǎng)時(shí)間尺度上，封存的二氧化碳還會(huì)與水和巖石發(fā)生礦化反應(yīng)，大部分二氧化碳會(huì)被固化在巖石中，小部分二氧化碳溶入地層水之中。

 

“挪威海底碳封存案例的成功，說(shuō)明海底碳封存是可行的、安全的。”陳建文介紹，在前期成功的基礎(chǔ)上，挪威于2021年批準(zhǔn)了北極光項(xiàng)目。該項(xiàng)目的目標(biāo)是將二氧化碳注入和封存在北海海床下2600米處。從2024年起，北極光項(xiàng)目每年將能夠處理和封存80萬(wàn)～150萬(wàn)噸二氧化碳，后期將達(dá)到500萬(wàn)噸。

 

挪威之外，巴西、澳大利亞、丹麥等國(guó)家紛紛啟動(dòng)了海底碳封存項(xiàng)目。據(jù)中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局青島海洋地質(zhì)研究所統(tǒng)計(jì)，目前全球海域遍布著9個(gè)國(guó)家共16個(gè)二氧化碳地質(zhì)封存項(xiàng)目。這其中就包括2021年啟動(dòng)的我國(guó)海上首個(gè)二氧化碳封存示范工程項(xiàng)目。

 

2022年，該項(xiàng)目設(shè)備在海洋石油工程（青島）有限公司全部建造完成，業(yè)已服役于我國(guó)南海珠江口盆地的恩平15-1油田。據(jù)了解，該項(xiàng)目將海上油田伴生的二氧化碳分離和脫水后，回注至地下咸水層，永久封存于地層深處，預(yù)計(jì)每年可封存二氧化碳約30萬(wàn)噸，累計(jì)封存二氧化碳146萬(wàn)噸以上，相當(dāng)于植樹(shù)近1400萬(wàn)棵或停開(kāi)近100萬(wàn)輛轎車所達(dá)到的減排目標(biāo)。該項(xiàng)目已于3月19日開(kāi)啟二氧化碳回注井鉆井作業(yè)，預(yù)計(jì)今年6月份進(jìn)行二氧化碳灌注，正式進(jìn)行海底碳封存示范。

 

這是中國(guó)海油實(shí)施的我國(guó)第一個(gè)海底碳封存示范項(xiàng)目，而布局還在深化。今年1月，中國(guó)海油、廣東省發(fā)改委、殼牌集團(tuán)和?？松梨诠驹谥袊?guó)北京和廣州、英國(guó)倫敦、美國(guó)休斯敦、新加坡五地，以“線上+線下”形式共同簽署《在中國(guó)大亞灣地區(qū)開(kāi)發(fā)和運(yùn)營(yíng)碳捕集、利用與封存（簡(jiǎn)稱CCS/CCUS）項(xiàng)目聯(lián)合研究協(xié)議》，標(biāo)志著我國(guó)首個(gè)海上規(guī)?；f(wàn)噸級(jí)CCS/CCUS集群研究項(xiàng)目正式啟動(dòng)。從百萬(wàn)噸級(jí)到千萬(wàn)噸級(jí)，從示范工程到商業(yè)項(xiàng)目，我國(guó)海底碳封存開(kāi)始瞄準(zhǔn)規(guī)?；?、產(chǎn)業(yè)化發(fā)展路徑。

 

當(dāng)然，關(guān)于海底碳封存的探索并不止于此。業(yè)內(nèi)人士告訴記者，中國(guó)海油還有兩個(gè)海底碳封存項(xiàng)目正處于預(yù)研究階段。一個(gè)位于東海，工作人員正在研究利用采空的天然氣田來(lái)封存二氧化碳；一個(gè)位于渤海，工作人員正在就二氧化碳封存于油氣田進(jìn)行研究。

 

可以看出，為應(yīng)對(duì)氣候變化，助力“雙碳”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)，我國(guó)海底碳封存示范研究項(xiàng)目正在加快推進(jìn)。

 

青島政府、院所和企業(yè)將三方合力加快探索

 

無(wú)論是從國(guó)外還是國(guó)內(nèi)發(fā)展形勢(shì)來(lái)看，海底碳封存，正在展示出越來(lái)越廣闊的發(fā)展前景。

 

今年2月，歐洲正式通過(guò)了碳關(guān)稅調(diào)節(jié)機(jī)制，對(duì)沒(méi)有完成減排指標(biāo)的國(guó)家出口的產(chǎn)品課以關(guān)稅，水泥、鋼鐵、電力、鋁和化肥等高耗能產(chǎn)品將被列入首批征收名單。碳關(guān)稅自2026年正式起征，2034年之前全面實(shí)施。未完成減排指標(biāo)的國(guó)家出口高耗能產(chǎn)品需購(gòu)買許可證，對(duì)標(biāo)碳交易市場(chǎng)，當(dāng)前的價(jià)格為100歐元/噸。

 

“《聯(lián)合國(guó)氣候變化框架公約》及其《京都議定書(shū)》相關(guān)條款規(guī)定，對(duì)于完不成減排計(jì)劃的國(guó)家，可通過(guò)向超額減排的國(guó)家購(gòu)買排放指標(biāo)，把二氧化碳排放權(quán)作為商品進(jìn)行交易，以此促進(jìn)減排。”印萍說(shuō)，我國(guó)實(shí)施海底碳封存，一方面可以有效降低碳排放，減少碳關(guān)稅的繳納；另一方面可以在我國(guó)的碳交易機(jī)制下，將多余的減排成果進(jìn)行出售，轉(zhuǎn)化為可觀的經(jīng)濟(jì)收益。

 

開(kāi)展海底碳封存，需要提前進(jìn)行規(guī)劃，開(kāi)展項(xiàng)目示范，進(jìn)行技術(shù)儲(chǔ)備。在國(guó)內(nèi)，我國(guó)南方一些省份和城市正在加快布局。

 

2013年，中英（廣東）CCUS中心（廣東南方碳捕集與封存產(chǎn)業(yè)中心）啟動(dòng)。在中心的牽頭下，2022年，發(fā)布了全國(guó)首份省級(jí)CCUS規(guī)劃研究報(bào)告——《廣東省二氧化碳捕集利用運(yùn)輸與封存規(guī)劃研究報(bào)告》?！秷?bào)告》指出，目前廣東開(kāi)展我國(guó)首個(gè)海上規(guī)?；f(wàn)噸級(jí)CCUS集群研究項(xiàng)目，并建議規(guī)劃建設(shè)4個(gè)CCUS工業(yè)集群。

 

2021年，浙江印發(fā)《浙江省碳達(dá)峰碳中和科技創(chuàng)新行動(dòng)方案》，圍繞CCUS及碳匯技術(shù)等5個(gè)技術(shù)方向制定了路線圖；今年2月，發(fā)布《關(guān)于培育發(fā)展未來(lái)產(chǎn)業(yè)的指導(dǎo)意見(jiàn)》，提出將探索發(fā)展6個(gè)潛力巨大的未來(lái)產(chǎn)業(yè)，其中之一為“低成本碳捕集利用與封存”；今年3月，印發(fā)《浙江省工業(yè)領(lǐng)域碳達(dá)峰實(shí)施方案》，提出以碳捕集封存利用等領(lǐng)域?yàn)橹攸c(diǎn)，形成一批原創(chuàng)性引領(lǐng)型科技成果。政策支撐下，浙江一些CCUS技術(shù)應(yīng)用示范陸續(xù)啟動(dòng)。

 

記者從有關(guān)部門了解到，當(dāng)前，青島市發(fā)展改革委正在謀劃推進(jìn)海底碳封存的相關(guān)工作，青島相關(guān)科研院所和企業(yè)也持續(xù)加快探索實(shí)施路徑。

 

“在2030年碳達(dá)峰之前，我國(guó)肯定會(huì)有一批海底碳封存示范工程推進(jìn)實(shí)施。估計(jì)到2035年左右，我國(guó)將形成一批規(guī)模化的海底碳封存商業(yè)項(xiàng)目。”陳建文展望說(shuō)，無(wú)論是從國(guó)家的角度還是城市的角度來(lái)說(shuō)，目前都應(yīng)加強(qiáng)頂層設(shè)計(jì)，進(jìn)行政策引導(dǎo)，并通過(guò)項(xiàng)目示范，做好海底碳封存技術(shù)儲(chǔ)備和場(chǎng)地儲(chǔ)備，包括海上運(yùn)輸技術(shù)、海底封存技術(shù)、海底監(jiān)測(cè)技術(shù)等，最后才能盡快實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，為“雙碳”目標(biāo)提供支撐。“青島海洋地質(zhì)研究所作為國(guó)家基礎(chǔ)性、公益性海洋地質(zhì)專業(yè)調(diào)查與研究機(jī)構(gòu)，將繼續(xù)支撐海底碳封存技術(shù)研發(fā)和場(chǎng)地選址工作。”陳建文表示。