二氧化碳
每一口呼吸都会产生的气体
植物光合作用的物质源泉
如今
它却似乎成了“洪水猛兽”
工业文明以来的200多年里
人类大规模使用煤炭、石油和天然气
过量排放温室气体
导致大气中二氧化碳浓度越来越高
地球变得越来越热
全球气候变暖
南极半岛和北冰洋的冰架垮塌、消融
是因为二氧化碳
极端气候事件频发
强降水、高温热浪、干旱和海洋巨浪
也是因为二氧化碳
似乎一切祸起二氧化碳
多年来
为降低空气中二氧化碳的浓度
科学家绞尽脑汁
想出千奇百怪的办法
但不外乎两类：
减少碳的排放量
增加碳的消耗量
但实际操作起来
减碳，却没那么简单
1
减碳，没那么简单
过去相当长的时间里
人们将工作重心放在“降低碳排放”上
认为化石燃料是二氧化碳排放的元凶
必须用新能源替代化石能源
现实却没那么简单
煤炭和石油
人类工业文明最为倚重的两大能源
过去是，现在也是
作为工业的粮食和血液
石油、煤炭“统治”世界已有数个世纪
直到现在
煤炭全球年消费量超80亿吨
支撑起全球一次能源消费的约27%
石油全球日均消费近1亿桶
灌满整个西湖还有富余
推进能源转型任重道远
要减缓全球气候变暖问题
还需在二氧化碳身上另做文章
2
“碳”寻平衡之道
在紧迫的减碳目标下
人们越来越重视“碳吸收和利用”
以寻求碳排放和碳消耗的平衡
于是一个全球性概念——
“碳中和”横空出世
采取措施让吸收的碳抵消排放的碳
达到相对“零排放”
截至2021年年底
全球已有136个国家提出“碳中和”承诺
目前
世界上所有碳去除手段里面
最常见的一种就是植树造林
通过光合作用
吸收化石能源产生的二氧化碳
然而
政府间气候变化专门委员会预计
全球植树造林
未来每年可多吸收36亿吨的二氧化碳
仅相当于全球碳排放量的1/10
为将其余碳排放吸收掉
人类开始转向“零碳”技术
针对发电、炼钢等化石能源消耗大户
捕获其产生的二氧化碳
储存起来或者加以利用
使其不能直接进入大气循环
即二氧化碳捕集利用与封存（CCUS）技术
理论上说
有了CCUS技术
化石能源也能成为“零碳”能源
国际能源署可持续发展情景的目标
是全球于2070年实现净零排放
其中CCUS是重要技术手段
将贡献全球累计减排量的15%
作为碳中和不可或缺的减排技术
从1972年第一个CCUS设施投运至今
CCUS已成为
各国在绿色技术领域竞争的重点
3
把“巨兽”困在地底
为了给捕获的二氧化碳找个好去处
目前全球大多数CCUS是在陆上进行的
也就是将二氧化碳
封存在陆地地底深处
其中二氧化碳驱油和地质封存
应用最广泛
二氧化碳驱油应用于低渗透油藏开发
在驱油增产的同时可实现碳埋藏与封存
封存量相对小、时间短
陆上地质封存
则是将捕获的二氧化碳
注入地下800~3500米深度范围内的
地质构造内
通过致密盖层来抑制二氧化碳逃逸
通过束缚、溶解和矿化作用
实现永久封存二氧化碳
6月2日刚刚正式投产的
亚洲最大的火电CCUS项目
——国家能源集团泰州电厂
二氧化碳捕集利用封存（CCUS）项目
二氧化碳捕集量达50万吨/年
可实现100%消纳
就为解决煤炭、煤电利用中
二氧化碳排放问题
提供了有效途径
然而，陆地资源毕竟有限
随着需求量的增大
近几年
人们开始关注海洋碳封存的巨大潜力
中国地质调查局发布的
海域二氧化碳地质封存潜力评价结果显示
我国海域18个主要沉积盆地
地壳稳定、沉积盆地分布广、地层厚度大
二氧化碳地质封存潜力达2.58万亿吨
足够为数十年乃至数百年的排放
提供封存空间
作为陆地地质结构的延伸
二氧化碳地质封存同样适用于海底
海洋碳封存
甚至还有些陆地上不具备的优势
2021年8月28日
中国海油针对高含二氧化碳的恩平15-1油田
启动了我国首个
海上二氧化碳封存示范工程项目
在开采原油的过程中
捕捉分离油田伴生的二氧化碳
回注到约800米深处的咸水层中封存
该项目将累计封存二氧化碳
超150万吨
相当于植树近1400万棵
4
在海底建一座储碳宝库
海底地质碳封存听起来
就是简单的从陆上搬到海上
背后则是地质油藏、钻采、工程建设
等技术的完美结合
在茫茫海底筛选出适合碳封存的咸水层
需要扎实的海洋地质数据
从深度、储集性能、封闭性、
库容量等多维度
评估咸水层注入封存二氧化碳的可行性
确定了适合碳封存的构造后
难题才刚刚开始
由于各种限制因素
对于CO₂回注通道的钻井
工程师们无法照搬油井钻完井技术
问题主要源于CO₂的特殊性
① CO₂是酸性气体
会将井筒水泥环中低孔隙的纤维状Ca(OH)₂（氢氧化钙）转变成胶结能力弱和孔隙度高的CaCO₃（碳酸钙）
造成井筒腐蚀、埋存泄漏
② 海底碳封存选址埋深超600m
CO₂将进入超临界状态
其对固井水泥石的腐蚀特性
我们尚缺乏足够认识
③ CO₂回注井埋深浅
地层承压能力差、井壁稳定性不足
为了防止地层漏失
无法直接采用国内现有密度大的固井水泥浆
基于以上种种
中国海油自主研发低温流变性稳定钻井液
低密度、耐超临界CO₂腐蚀的水泥浆
形成海上碳回注、封存的钻完井技术体系
顺利钻出CO₂回注的“专用通道”
二氧化碳回注井开钻现场，作业人员向地底下入表层作业钻具
站在井架底部向上看去，副司钻正在检查固井水泥头上部阀门的开关状态
海面之上
限制条件比陆地更加严苛
受制于海上操作空间、平台承载能力
以及海洋高湿高盐的环境
常规适用于陆上的碳捕集及回注封存装置
同样无法照搬到海上
根据现有工程实例
CO₂回注多采用干气回注方案
也就是对捕获分离的CO₂脱水干燥
最后压缩CO₂注入地层
所有这些用到的大型设备都需要集成到
空间极其有限的海上平台
如是
中国海油采用海上平台
特有的模块化和成橇布置方式
研制了首套复合材料CO₂分子筛脱水橇
中国海油还平衡压缩机的级数与体积
研制出适用于海洋高湿高盐环境的
首套超临界大分子压缩机
2022年6月15日
我国首个海上碳封存示范工程项目
完成全部设备的制造和安装
总重约750吨的海上二氧化碳封存模块
全部集成到恩平15-1中心平台
超临界大分子压缩机镶嵌在平台上层甲板船尾处，复合材料二氧化碳分子筛镶嵌在中层甲板船尾处。
2023年6月1日
在南海东部油田恩平15-1平台
随着二氧化碳回注井
“采油树”主阀和翼阀依次打开
油田开发伴生的二氧化碳
被捕获、分离、加压至
气液混合的超临界状态
回注至距平台3公里远、
约800米地下的“穹顶”式构造中
实现长期稳定封存
这是我国海上二氧化碳封存领域
从无到有的重要突破
为我国“双碳”目标的实现探出新路
不过
这还不是终点
只是海底碳“宝库”发挥作用的起点
5
岸碳入海
比起电力、钢铁、水泥和交通运输行业
排放的二氧化碳
油田开发伴生的二氧化碳不值一提
而这些主力碳排放源
无一例外集中在陆地上
在我国
南部及沿海地区是二氧化碳排放大户
可这些地区陆域沉积盆地面积小、分布零散
陆上几乎没有适宜封存的场地
讲到这里
你大概也会想到
能否把陆上产生的二氧化碳收集起来
再注入到海底呢？
没错
这恐怕就是海洋碳封存的终极奥义
捕集陆上排放的二氧化碳
通过罐车、管道、船舶等方式
输送到海洋中加以利用或封存
也就是“岸碳入海”
如今
我国首个海上碳封存示范工程项目的成功
为岸碳入海奠定了技术支撑
以此为基础
中国海油已在广东惠州启动
我国首个千万吨级碳捕集与封存集群项目
未来将捕集大亚湾区各企业排放的二氧化碳
输送到珠江口盆地海域进行封存
中科院地质调查报告显示
我国南海珠江口盆地
具备规模化碳封存的地质条件
规模潜力超过3080亿吨
可为整个粤港澳大湾区提供快速降碳的方案
当然
实现“双碳”目标是一个系统性工程
不能单靠某一种技术或方法
迎接全球气候挑战
呵护好我们的地球家园
离不开节能减排、植树造林、海陆碳封存
更离不开每一个人的努力
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责任编辑丨陈婷
