為應(yīng)對氣候變化，國內(nèi)外加快發(fā)展碳捕集、利用與封存技術(shù)。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(yīng)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(shù)和碳捕集、利用與封存(CCUS)技術(shù)。CCUS技術(shù)在CCS技術(shù)基礎(chǔ)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(rèn)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(biāo)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(yù)測達2.58萬億噸，可為我國實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)提供重要支撐。
這份至關(guān)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(shè)備已于去年在青島全部建造完成，布設(shè)在我國南海珠江口盆地的恩平15-1油田，預(yù)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(biāo)，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(fù)排放缺口，利用CCUS技術(shù)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(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，安全性更高，環(huán)境風(fēng)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(fù)責(zé)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(shè)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(guān)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(yù)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(biāo)層，相對精準(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(guān)鍵技術(shù)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(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。
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(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(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，通過海水稀釋淡化并及時維護，不會產(chǎn)生大的風(fēng)險災(zāi)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(yīng)，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(chǔ)上，挪威于2021年批準(zhǔn)了北極光項目。該項目的目標(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(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(yù)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(dāng)于植樹近1400萬棵或停開近100萬輛轎車所達到的減排目標(biāo)。該項目已于3月19日開啟二氧化碳回注井鉆井作業(yè)，預(yù)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(biāo)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(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，中國海油還有兩個海底碳封存項目正處于預(yù)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(yīng)對氣候變化，助力“雙碳”目標(biāo)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(guān)稅調(diào)節(jié)機制，對沒有完成減排指標(biāo)的國家出口的產(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年之前全面實施。未完成減排指標(biāo)的國家出口高耗能產(chǎn)品需購買許可證，對標(biāo)碳交易市場，當(dāng)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(guān)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(biāo)，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(guān)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(shù)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?，目前廣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(shè)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(shù)等5個技術(shù)方向制定了路線圖;今年2月，發(fā)布《關(guān)于培育發(fā)展未來產(chǎn)業(yè)的指導(dǎo)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(lǐng)域碳達峰實施方案》，提出以碳捕集封存利用等領(lǐng)域為重點，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。
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(yīng)加強頂層設(shè)計，進行政策引導(dǎo)，并通過項目示范，做好海底碳封存技術(shù)儲備和場地儲備，包括海上運輸技術(shù)、海底封存技術(shù)、海底監(jiān)測技術(shù)等，最后才能盡快實現(xiàn)商業(yè)化，為“雙碳”目標(biāo)提供支撐。“青島海洋地質(zhì)研究所作為國家基礎(chǔ)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(shù)研發(fā)和場地選址工作。”陳建文表示。
