為應對氣候變化，國內(nèi)外加快發(fā)展碳捕集、利用與封存技術。青島企業(yè)、院所也積極參與其中——

海底碳封存：一個正在崛起的“未來產(chǎn)業(yè)”

丹麥日前啟動“綠沙”(Greensand)二氧化碳封存項目，將來自丹麥等國家的二氧化碳封存在北海海床下，以應對氣候變化。這是全球首個跨境碳封存項目，丹麥成為世界上第一個封存“進口二氧化碳”的國家。報道稱，項目在試運行階段結(jié)束后，每年將封存150萬噸二氧化碳。到2030年，將擁有每年封存800萬噸二氧化碳的能力。

環(huán)顧國外，將二氧化碳封存在海底，已經(jīng)成為被眾多國家接納的減緩全球變暖的解決方案。在發(fā)展的過程中，產(chǎn)生了碳捕集與封存(CCS)技術和碳捕集、利用與封存(CCUS)技術。CCUS技術在CCS技術基礎上增加了二氧化碳資源化利用環(huán)節(jié)，在世界范圍內(nèi)得到了更加廣泛的認可。

我國針對CCUS的布局正在不斷拓展。2021年8月，中國海洋石油集團有限公司宣布，我國首個海上二氧化碳封存示范工程啟動，為國家“碳達峰、碳中和”目標的實現(xiàn)探出一條新路。今年1月，自然資源部中國地質(zhì)調(diào)查局首次發(fā)布我國海域二氧化碳地質(zhì)封存潛力評價結(jié)果。結(jié)果表明封存潛力巨大，預測達2.58萬億噸，可為我國實現(xiàn)“雙碳”目標提供重要支撐。

這份至關重要的“潛力評價”報告，由自然資源部中國地質(zhì)調(diào)查局青島海洋地質(zhì)研究所牽頭完成。而我國首個海上二氧化碳封存示范工程設備已于去年在青島全部建造完成，布設在我國南海珠江口盆地的恩平15-1油田，預計今年將正式向海底灌注二氧化碳。顯然，在我國CCUS的發(fā)展過程中，青島企業(yè)、院所發(fā)揮了重要作用，成為全國各個沿海城市加快探索海底碳封存路徑的“先行者”之一。

我國海底具有巨大的碳封存潛力

我國是世界上二氧化碳排放最多的國家。近年來，我國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。為推進綠色低碳發(fā)展，我國提出“雙碳”目標，二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現(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，我國碳達峰后每年仍有數(shù)億噸的二氧化碳負排放缺口，利用CCUS技術進行地質(zhì)碳封存是必要的解決手段。根據(jù)封存地點，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)過程、能源利用或大氣中分離出來，并注入海底深部地質(zhì)體中實現(xiàn)二氧化碳永久減排的過程，是目前國際上最成熟的二氧化碳負排放技術之一。“與陸地碳封存相比，海底碳封存具有遠離人類居住地、遠離人類賴以生存的地表水體和地下水層等特點，安全性更高，環(huán)境風險更小。”我國海域二氧化碳地質(zhì)封存潛力評價工作牽頭負責人、中國地質(zhì)調(diào)查局青島海洋地質(zhì)研究所研究員陳建文說，實施海底碳封存，因為需要增加海上運輸、鋪設海底管道等環(huán)節(jié)，成本會更高。但海底巨大的封存潛力和未來巨大的封存規(guī)模將在很大程度上降低成本。

早在2010年，中國地質(zhì)調(diào)查局就組織實施了“全國二氧化碳地質(zhì)封存潛力評價與示范性工程”，對我國海域二氧化碳地質(zhì)封存潛力進行了初步評估。“此前的潛力評估，評價參數(shù)與相關數(shù)據(jù)主要來自公開資料，評價精度較低。”陳建文介紹，2021-2022年，在中國地質(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)查實測地質(zhì)和地球物理數(shù)據(jù)以及公開發(fā)表的商業(yè)性油氣勘探開發(fā)等資料，系統(tǒng)開展了我國海域二氧化碳地質(zhì)封存潛力評價，證實我國海域二氧化碳地質(zhì)封存潛力巨大，預測盆地級封存潛力達2.58萬億噸。

2.58萬億噸是如何評估出來的?陳建文告訴記者，國際上評估海底碳封存潛力一般有兩種方法：一種是機理法，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)造地層封存等進行計算，主要針對的是小范圍的目標層，相對精準;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行計算，比較適合針對廣闊海域的評估。“我們此次評價，創(chuàng)新提出了符合我國海域地質(zhì)條件的二氧化碳地質(zhì)封存潛力評價方法——模型體積法，根據(jù)我國海域的實際情況確定了4個關鍵技術模型獲取參數(shù)，重點對我國海域適宜海底碳封存的18個盆地進行了潛力評估，并優(yōu)選出了重點目標區(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。

資料顯示，我國東部沿海省份是二氧化碳排放大戶。2020年，沿海11省(市)的二氧化碳排放量約占全國總量近一半，未來減排任務艱巨。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，為城市減排提供了一個解決思路。

“海域盆地穩(wěn)定性好，實施海底碳封存時，有海水層覆蓋、遠離人類居住地、遠離淡水水體，本身比較安全。即便發(fā)生泄漏，也是初步泄漏到海水里面，通過海水稀釋淡化并及時維護，不會產(chǎn)生大的風險災害。”中國地質(zhì)調(diào)查局青島海洋地質(zhì)研究所副所長印萍表示。

我國示范研究項目正加快開展

實施海底碳封存，在國外已被證實安全有效。其中，海底碳封存運行時間最長、最為成熟的案例在挪威。

1996年，挪威啟動Sleipner油田CCS項目，將開采油氣過程中產(chǎn)生的二氧化碳進行分離，通過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)的氣密性來封存二氧化碳。這是世界上第一個商業(yè)規(guī)模的咸水層碳封存工程，運行20余年來，每年封存二氧化碳100萬噸，封存的二氧化碳沒有異常活動，無泄漏情況出現(xiàn)。

海底碳封存是如何實現(xiàn)密閉安全的?陳建文解釋說，進行海底碳封存時，一般先利用機器對二氧化碳進行增壓，使二氧化碳達到超臨界狀態(tài)，即由氣態(tài)轉(zhuǎn)化為液態(tài)，最后通過注入井封存到儲層中。適合海底碳封存的儲層包括深部咸水層、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)就像是一個倒過來的碗，注入在其中的二氧化碳，由于密度比地下咸水低，因此運移到碗的頂部。同時，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。在長時間尺度上，封存的二氧化碳還會與水和巖石發(fā)生礦化反應，大部分二氧化碳會被固化在巖石中，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，在前期成功的基礎上，挪威于2021年批準了北極光項目。該項目的目標是將二氧化碳注入和封存在北海海床下2600米處。從2024年起，北極光項目每年將能夠處理和封存80萬～150萬噸二氧化碳，后期將達到500萬噸。

挪威之外，巴西、澳大利亞、丹麥等國家紛紛啟動了海底碳封存項目。據(jù)中國地質(zhì)調(diào)查局青島海洋地質(zhì)研究所統(tǒng)計，目前全球海域遍布著9個國家共16個二氧化碳地質(zhì)封存項目。這其中就包括2021年啟動的我國海上首個二氧化碳封存示范工程項目。

2022年，該項目設備在海洋石油工程(青島)有限公司全部建造完成，業(yè)已服役于我國南海珠江口盆地的恩平15-1油田。據(jù)了解，該項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，預計每年可封存二氧化碳約30萬噸，累計封存二氧化碳146萬噸以上，相當于植樹近1400萬棵或停開近100萬輛轎車所達到的減排目標。該項目已于3月19日開啟二氧化碳回注井鉆井作業(yè)，預計今年6月份進行二氧化碳灌注，正式進行海底碳封存示范。

這是中國海油實施的我國第一個海底碳封存示范項目，而布局還在深化。今年1月，中國海油、廣東省發(fā)改委、殼牌集團和?？松梨诠驹谥袊本┖蛷V州、英國倫敦、美國休斯敦、新加坡五地，以“線上+線下”形式共同簽署《在中國大亞灣地區(qū)開發(fā)和運營碳捕集、利用與封存(簡稱CCS/CCUS)項目聯(lián)合研究協(xié)議》，標志著我國首個海上規(guī)?；f噸級CCS/CCUS集群研究項目正式啟動。從百萬噸級到千萬噸級，從示范工程到商業(yè)項目，我國海底碳封存開始瞄準規(guī)?；?、產(chǎn)業(yè)化發(fā)展路徑。

當然，關于海底碳封存的探索并不止于此。業(yè)內(nèi)人士告訴記者，中國海油還有兩個海底碳封存項目正處于預研究階段。一個位于東海，工作人員正在研究利用采空的天然氣田來封存二氧化碳;一個位于渤海，工作人員正在就二氧化碳封存于油氣田進行研究。

可以看出，為應對氣候變化，助力“雙碳”目標實現(xiàn)，我國海底碳封存示范研究項目正在加快推進。

青島政府、院所和企業(yè)將三方合力加快探索

無論是從國外還是國內(nèi)發(fā)展形勢來看，海底碳封存，正在展示出越來越廣闊的發(fā)展前景。

今年2月，歐洲正式通過了碳關稅調(diào)節(jié)機制，對沒有完成減排指標的國家出口的產(chǎn)品課以關稅，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。碳關稅自2026年正式起征，2034年之前全面實施。未完成減排指標的國家出口高耗能產(chǎn)品需購買許可證，對標碳交易市場，當前的價格為100歐元/噸。

“《聯(lián)合國氣候變化框架公約》及其《京都議定書》相關條款規(guī)定，對于完不成減排計劃的國家，可通過向超額減排的國家購買排放指標，把二氧化碳排放權作為商品進行交易，以此促進減排。”印萍說，我國實施海底碳封存，一方面可以有效降低碳排放，減少碳關稅的繳納;另一方面可以在我國的碳交易機制下，將多余的減排成果進行出售，轉(zhuǎn)化為可觀的經(jīng)濟收益。

開展海底碳封存，需要提前進行規(guī)劃，開展項目示范，進行技術儲備。在國內(nèi)，我國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。在中心的牽頭下，2022年，發(fā)布了全國首份省級CCUS規(guī)劃研究報告——《廣東省二氧化碳捕集利用運輸與封存規(guī)劃研究報告》?！秷蟾妗分赋觯壳皬V東開展我國首個海上規(guī)?；f噸級CCUS集群研究項目，并建議規(guī)劃建設4個CCUS工業(yè)集群。

2021年，浙江印發(fā)《浙江省碳達峰碳中和科技創(chuàng)新行動方案》，圍繞CCUS及碳匯技術等5個技術方向制定了路線圖;今年2月，發(fā)布《關于培育發(fā)展未來產(chǎn)業(yè)的指導意見》，提出將探索發(fā)展6個潛力巨大的未來產(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)領域碳達峰實施方案》，提出以碳捕集封存利用等領域為重點，形成一批原創(chuàng)性引領型科技成果。政策支撐下，浙江一些CCUS技術應用示范陸續(xù)啟動。

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

“在2030年碳達峰之前，我國肯定會有一批海底碳封存示范工程推進實施。估計到2035年左右，我國將形成一批規(guī)?；暮５滋挤獯嫔虡I(yè)項目。”陳建文展望說，無論是從國家的角度還是城市的角度來說，目前都應加強頂層設計，進行政策引導，并通過項目示范，做好海底碳封存技術儲備和場地儲備，包括海上運輸技術、海底封存技術、海底監(jiān)測技術等，最后才能盡快實現(xiàn)商業(yè)化，為“雙碳”目標提供支撐。“青島海洋地質(zhì)研究所作為國家基礎性、公益性海洋地質(zhì)專業(yè)調(diào)查與研究機構(gòu)，將繼續(xù)支撐海底碳封存技術研發(fā)和場地選址工作。”陳建文表示。