海底碳封存——一個潛力巨大的未來產(chǎn)業(yè)正在崛起

 

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?。ㄊ校┑亩趸寂欧帕考s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?；顒?，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?a target='_blank'>北京和廣州、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(quán)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)模化的海底碳封存商業(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。