當(dāng)前，全球碳排放總量巨大，“碳達(dá)峰、碳中和”成為人類應(yīng)對(duì)氣候變化的政治共識(shí)。除了引導(dǎo)行業(yè)綠色高質(zhì)量發(fā)展以外，碳捕集利用與封存（CCUS）技術(shù)則是助力全球碳中和目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的重要戰(zhàn)略性技術(shù)。3月27日，在中關(guān)村論壇—工程科技創(chuàng)新論壇上，中國工程院院士、中國海洋石油集團(tuán)有限公司教授級(jí)高級(jí)工程師周守為介紹了一種新的固碳路徑，即將海底天然氣水合物開發(fā)的難點(diǎn)變成二氧化碳封存的優(yōu)勢(shì)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)規(guī)模化海洋固碳。

CCUS為實(shí)現(xiàn)碳中和兜底

2023年全球化石燃料CO?排放量達(dá)368億噸，而我國CO?排放量達(dá)到了126億噸，約占全球碳排放量的三分之一，實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)面臨較大挑戰(zhàn)。

周守為院士指出，CCUS技術(shù)是未來實(shí)現(xiàn)碳中和的兜底保障。根據(jù)IEA《能源技術(shù)展望報(bào)告2017》提到，到2060年，累計(jì)減排量的14%將來自CCUS，但現(xiàn)有的封存量很難匹配需求量。從國際來看，截至2023年捕集碳能力為4900萬噸/年，全球營運(yùn)或者建設(shè)中的CCUS項(xiàng)目有140個(gè)，僅占2023年全球碳排放量（368億噸）的1.33‰。從國內(nèi)來看，到2023年，我國年捕集規(guī)?？蛇_(dá)600萬噸/年，僅占我國2023年碳排放的（溫室氣體總量144.65億噸）4.15?。因此，CCUS技術(shù)的潛力仍待挖掘。

在二氧化碳捕集方面，歐洲走在前列。以挪威“北極光”海洋二氧化碳液態(tài)封存項(xiàng)目為例，該項(xiàng)目投資15億美元，輸送能力為7500立方米/船?！跋趟畬印狈獯娉蔀槟壳疤挤獯娴闹髁鞣绞?，而在我國的CCUS項(xiàng)目中，只有恩平為咸水層封存項(xiàng)目，其余均為EOR（二氧化碳捕集埋存與提高采收率）項(xiàng)目。

海洋固碳潛力巨大

周守為院士介紹道，海洋是地球上最大的活躍碳庫，是實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的重要增長(zhǎng)極。海洋占地球表面積的71%，二氧化碳封存潛力巨大。相關(guān)文獻(xiàn)指出海上碳封存碳儲(chǔ)量約是陸地的20倍，大氣的53倍，海洋碳封存大有可為。此外，海洋碳封存還具有環(huán)境友好（海水是天然屏障、風(fēng)險(xiǎn)更低）、離岸封存（近海盆地和深海）、永久礦化(海底碳酸鹽生成與固化）等優(yōu)勢(shì)。因此，周守為院士建議要加快海洋碳封存理論、技術(shù)及裝備的研發(fā)，具有重大戰(zhàn)略意義。

海洋封存二氧化碳包括近海生態(tài)固碳、海洋生物固碳、海洋地質(zhì)固碳、深海二氧化碳水合物多相態(tài)封儲(chǔ)固碳等途徑。其中，近海生態(tài)固碳和海洋生物固碳埋存量大、時(shí)間長(zhǎng)，但定量存在困難；海洋地質(zhì)固碳和深海二氧化碳水合物固碳是人工固碳途徑，能夠量化研究。

現(xiàn)有的地質(zhì)封存技術(shù)存在成本高、規(guī)模小、工藝復(fù)雜，流體儲(chǔ)層易泄漏，需要合適圈閉構(gòu)造等問題。

改變思維將難點(diǎn)轉(zhuǎn)化為優(yōu)勢(shì)

針對(duì)天然氣水合物難以開發(fā)問題，周守為院士指出進(jìn)行觀念轉(zhuǎn)變是關(guān)鍵，采用逆向思維，順應(yīng)自然，加速自然，借助自然的力量，將海洋水合物開發(fā)的難點(diǎn)轉(zhuǎn)化為CO?水合物海洋封存的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)二氧化碳水合物的海底固化封存。

周守為院士分析認(rèn)為，通常情況下，海洋天然氣水合物的形成條件為水深大于600米、溫度為0～3攝氏度；而海洋二氧化碳水合物形成的條件則相對(duì)寬泛——水深大于500米、溫度低于10攝氏度。因此CO?水合物比CH?水合物更容易形成，在低溫高壓的海洋環(huán)境下，天然氣水合物長(zhǎng)期穩(wěn)定不易開發(fā)，正好也是CO?封存的有利條件。此外，海洋天然氣水合物大多沒有密封性的圈閉構(gòu)造，因此形成CO?水合物也不需要密閉構(gòu)造，可望大規(guī)模形成固態(tài)并封存，固化后的CO?水合物能夠保持長(zhǎng)期固態(tài)，長(zhǎng)期穩(wěn)定，不易氣化，更易封存。在深海的淺層多為泥質(zhì)粉砂或不成巖的膠結(jié)疏松的泥、沙、水混合層，而疏松的混合層也更易于CO?的注入和CO?水合物的形成、封存。相比現(xiàn)存的CO?封存模式，CO?水合物不需要進(jìn)行密封性評(píng)價(jià)，原則上也不存在封存量的限制，埋存地點(diǎn)相對(duì)寬泛。

因此，要借鑒海洋天然氣水合物的自然形成原理，人為加快CO?水合物的生產(chǎn)速率，實(shí)現(xiàn)CO?水合物在深海海底或深海淺層的固化封存。

培育海洋CO?水合物封存產(chǎn)業(yè)鏈

要將CO?注入水合物下伏層形成永久封存，研究方向及目標(biāo)上主要有五點(diǎn)，首先要注得進(jìn)，其次要生得成，再次要封得住，最后就要看得見且形成生態(tài)美。

因此，周守為院士及其團(tuán)隊(duì)就CO?怎樣在高壓低溫下形成CO?水合物進(jìn)行了初步的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，在海洋環(huán)境下，CCO?水合物海底生成進(jìn)行了模擬試驗(yàn)。研究表明海洋溫壓條件下純水中CO?溶解度較高，溶解在水中的CO?可全部生成水合物，且生成較易。海水中CO?水合物成形較好，可實(shí)現(xiàn)碳礦CO?水合物封存，達(dá)到碳礦封存“生得成”目標(biāo)。且壓力波動(dòng)影響對(duì)CO?水合物分解影響不大，可達(dá)到碳礦封存“穩(wěn)得住”目標(biāo)。

周守為院士表示，海洋CO?固化封存方向正確，但仍有大量難題需要探索。未來，我們要大力培育CCUS新產(chǎn)業(yè)，即海洋CO?水合物封存產(chǎn)業(yè)鏈，并建立3000m深水CO?水合物多相態(tài)、多層系固化封存技術(shù)體系，最終能夠建立起海上多能種一體化開發(fā)利用模式。