3月19日，我国第一口位于海底的二氧化碳封存回注井正式开钻，这标志着我国初步形成了海上二氧化碳注入、封存和监测的全套钻完井技术和装备体系，填补了我国海上二氧化碳封存技术的空白。
撰文/记者 赵天宇 图文编辑/陈永杰
(资料图片仅供参考)
采访专家:
陈建文（中国地质调查局青岛海洋地质研究所研究员）
程国明（中国地质环境监测院正高级工程师）
据多家媒体报道，3月19日，我国第一口位于海底的二氧化碳封存回注井正式开钻，这标志着我国初步形成了海上二氧化碳注入、封存和监测的全套钻完井技术和装备体系，填补了我国海上二氧化碳封存技术的空白。
▲CCUS技术是未来应对全球气候变暖的重要技术选择之一。（图片来源/中国网）
碳捕获与封存（Carbon Capture and Storage 简称CCS）技术是指将二氧化碳从工业或相关排放源中分离出来，输送到封存地点，并长期与大气隔离的过程。这种技术被认为是未来大规模减少温室气体排放、减缓全球变暖最经济、可行的办法。而CCUS（Carbon Capture，Utilization and Storage）技术是在CCS技术基础上将二氧化碳进行捕获、提纯，继而投入到新的生产过程中进行循环再利用或封存的一种技术。该技术是未来应对全球气候变暖的重要技术选择之一。
目前，我国CCUS技术整体还处于建设示范项目阶段，未来将逐步走向商业化和规模化。而对于普通公众来说，CCUS技术却相对陌生，对这种革命性的清洁发展科技更是知之甚少，亟待解读与科普。
CCUS：
应对气候变暖重要方案
二氧化碳是温室效应的最主要气体，随着大气治理科学研究的进展，一种全新的理论被提出——既然人类排放的二氧化碳大部分由地下埋藏的化石能源释放，是否可以将其埋回地下？
CCUS技术诞生时间不长，但已被视为应对全球变暖的一种重要方案。整个环节可以简单总结为收、运、储、用。
“收”是指二氧化碳捕集，是将二氧化碳从工业生产、能源利用或大气中分离出来，以备后续处理的过程。主要分为燃烧前捕集、燃烧后捕集、富氧燃烧、化学链捕集和直接从大气中捕集。
目前碳捕集的商业化运营已经相对成熟，产业链上的企业较多，全球每年捕集能力超过4000万吨。甚至吸引腾讯这样的互联网企业入局，和冰岛碳封存公司Carbfix合作，将在中国建设首个二氧化碳矿化封存示范项目。
“运”是指二氧化碳输送，捕集到的二氧化碳必须运输到合适的地点进行封存。可以使用汽车、火车、轮船以及管道来进行运输。由于二氧化碳在封存过程中存在泄漏风险，所以对二氧化碳运移过程进行实时监测，成为国际学界的一个热门课题。
“储”是指二氧化碳封存，是将捕集的二氧化碳注入深部地质储层，使二氧化碳与大气长期隔绝，从而进入“休眠态”。一般说来可分为地质封存和海洋封存两类。
▲中国石油长庆油田黄3区CCUS国家示范工程 （图片来源/中国网）
“用”是指二氧化碳利用，是通过工程技术手段，对捕集的二氧化碳实现资源化利用的过程，实现真正意义上的“化碳为宝”。
国际能源署数据显示，CCUS技术未来每年可减少69亿吨二氧化碳排放，到2050年之后，也将有助于抵消“必要排放”的二氧化碳，其抵消作用将占到2070年为止的累积二氧化碳减排量的15%。
储存环节尚有技术壁垒
在CCUS产业链中，二氧化碳封存是最为重要的一环，也是技术难度最高的部分，国际上目前尚未形成规模化的商业路线，处于持续探索当中。
像地质封存，一般是将超临界状态（气态和液态的混合体）的二氧化碳注入地质结构层当中，油田、气田、咸水层、无法开采的煤矿都满足这样的条件。其中，深部咸水层碳封存和枯竭油气藏碳封存技术现在最为成熟。尤其是咸水层，具有分布广泛、储存量大等特点，被视为地质封存当中的最佳场地。
目前，陆地封存技术虽然已经相对成熟，但由于储层应力场改变以及地质构造的不可预估性，二氧化碳在封存过程中存在着一些安全隐患。
最著名的当属西澳大利亚Gorgon项目2016年3月就开始生产出天然气的工厂，直到2019年8月才姗姗来迟，开启CCS设备比计划晚了三年半。
▲西澳大利亚Gorgon项目（由天然气生产车间和CCS设备组成）（图片来源/中国网）
究其原因，是2017年底检查发现，工厂液化天然气厂和注水井之间的管道中存在过量水，造成了阀门和管道发生泄漏腐蚀，且沙子堵塞了地下的注气井，严重损害了压力管理系统。
就我国而言，当前二氧化碳年排放量在100亿吨左右，这其中沿海11省（市）占比就接近一半。但由于这些地区陆域沉积盆地面积小、分布零散，适宜碳封存的地质条件相对较差，封存潜力有限，“海洋封存”成为一条全新的路径。
海洋地质碳封存，指将CO2通过轮船或管道运输到海洋某个场地并灌注到海底以下地质体中进行封存。中国地质调查局青岛海洋地质研究所研究员陈建文解释说，因海底以下有厚度大且分布广泛的咸水层使得海洋二氧化碳地质封存潜力大。
具体方法是“捕获或分离后的二氧化碳将被送至海上钻井平台，通过平台上的压缩机对二氧化碳进行增压，使二氧化碳达到超临界状态，最终通过注入井封存到海底以下深部咸水层等地质体中。”陈建文表示，国内已有珠江口盆地恩平15-1示范工程，目前正在钻探灌注井，计划每年灌注30万吨，5年封存量达150万吨。
▲中国的CCUS技术全景图（图片来源/2021年中国二氧化碳捕集利用与封存(CCUS)年度报告）
对于外界“海上封存安全性低”“海上封存影响生态环境”的质疑，陈建文表示，目前没有直接证据证明，海洋封存会对生态环境造成污染，像挪威海域的斯莱普莱尔项目从1996年就开始进行海底封存，前5年的工程示范证实是安全的，此后开展商业运作，一直灌注了27年，目前仍在灌注中，没有发现异常。日本2016-2019年在北海道附近海域灌注了30万吨，到目前为止一直在监测，未发现安全风险。
海洋封存为什么反而更“安全”？陈建文说，由于海水的覆盖不仅可以避免二氧化碳泄漏时直接排放到大气中，而且附加的海水压力降低了对盖层封闭性的要求，使二氧化碳封存在海底以下具有更高的稳定性。因长期的海水交换作用，海底地层中的孔隙流体与正常海水的化学组成更接近，可以降低二氧化碳注入过程中压力不平衡诱发的裂隙活动带来的泄漏危险性。
“化碳为宝”
二氧化碳能怎么“用”？
技术之外，二氧化碳封存成本也是外界关注的问题。IPCC（联合国政府间气候变化专门委员会）研究认为，只有当捕集和封存CO2的总成本降到每吨25-30美元（约合人民币每吨125-200元）时，CCUS才可能大规模推广。
但不计算运输和封存成本，仅捕集环节，目前国外成本约每吨11-57美元（约合人民币65-400元），而我国当前成本更是高达每吨300-900元。
▲我国第一口位于海底的二氧化碳封存回注井 （图片来源：中海油官网）
中国地质环境监测院正高级工程师程国明认为，二氧化碳的技术问题逐渐突破后，今后成本才是行业关注的重点。目前碳储存的价格远远高于碳汇价格，企业更愿意参与后者，除非成本得到控制，否则真正意义上的商业化阻力较大。
“碳封存目前在国内没有经济性，但在国外证明经济性还是有竞争力的，”陈建文表示，成本支出与相关政策密切相关，而政策也会影响碳市场价格，从长远角度来看，碳达峰以后经济性会逐步好转，总体来看趋势是乐观的。
另一方面，除了碳封存，全球已经有超过80家公司，开始研究使用二氧化碳的另一种新方法——回收再利用，这不仅是一项气候双赢策略，也可能成为CCUS领域的一条新赛道。
比如在石油勘采领域，利用二氧化碳提高原油采收率是目前二氧化碳利用技术最广泛的应用场景，可增采原油的收益弥补项目成本，经济可行度高。二氧化碳驱替煤层气技术，也可以显著提高煤层气采收。
化工制品也是二氧化碳再利用的重要场景，在日常生活中十分多样化，例如啤酒、碳酸饮料的生产；制成干冰用于食品冷藏运输；合成有机小分子等精细化学品或尿素、盐酸盐等常用化学品。
目前国外已兴起建设直接空气碳捕捉(DAC)工厂，即直接从空气中捕捉二氧化碳的工厂。预计到2030年，可实现每年捕获85吨二氧化碳 ，2050年能每年捕获980吨二氧化碳。
也许某一天，我们将用上加注废旧二氧化碳的天然气，使用CCUS技术供给的干冰冷藏食品，喝着用工厂排放CO2制作的罐装啤酒可乐，真正将低碳融入日常生活。到那时，你会发现CCUS其实离你我并不远，这将是一个十分美好的场景。
出品：科普中央厨房
监制：北京科技报 | 北科传媒
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