實現“雙碳”目標是一場廣泛而深刻的變革。
“雙碳”目標之下，除了轉變能源獲取方式，減少對石油、煤炭、天然氣等化石能源的依賴，以及植樹造林、提高固碳能力等常規手段之外，還有一項被稱為“
碳中和的最后一公里解決方案”的技術——碳封存。
2022年年底，位于滄州河間的京津冀最大規模碳封存項目——中國石油華北油田“八里西潛山CCUS先導試驗項目”正式啟動注氣。今年6月，我國首個海上碳封存示范工程項目在南海恩平15-1平臺正式投用。
碳封存技術，已經成為實現“雙碳”目標的一項重要手段。
實現“雙碳”目標的托底技術保障
7月6日，滄州河間，中國石油華北油田“八里西潛山CCUS（二氧化碳捕集、利用與封存技術）先導試驗項目”注氣現場。
兩臺滿載液態二氧化碳的槽罐車緩緩駛入場地，并按規定位置停放。很快，壓注設備陸續啟動，將槽罐車內的液態二氧化碳打入白色的巨大儲存罐中。隨后，被注入儲存罐的液態二氧化碳會通過管線注入油井，進行封存。
經過上述一系列操作，液態二氧化碳會以相對穩定的形式長期埋藏于地下油田。這個過程，被稱為碳封存。
碳封存究竟是什么？為什么要進行碳封存？這，還要從我國實現“雙碳”目標的兩種路徑講起。
“我國提出，二氧化
碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現碳中和。”省地礦局所屬省地質調查院（以下簡稱“省地調院”）碳中和地學研究室主任徐永利介紹，實現“雙碳”目標的具體措施和方案有很多，但從本質上講，就兩種路徑，其一是減少碳排放，其二是盡可能增加碳吸收。
數據表明，目前我國能源活動碳排放占碳排放總量的75%以上。想要減少碳排放必須將注意力主要放在減少化石能源的使用上，需要對經濟體的能源結構、產業結構作出大規模調整。因此，單純依靠減少碳排放實現“雙碳”目標的難度很大。
增加碳吸收，指的是利用森林、草原等綠碳資源以及海洋生物、灘涂等藍碳資源，對二氧化碳進行吸收、固定。這一方案生態效益顯著，但時效較慢，難以在短時間內遏制二氧化碳的快速增加趨勢。
研究表明，即便充分利用替代能源和生態系統吸收，我國碳達峰后每年仍有數億噸的二氧化碳負排放缺口。在這種情況下，利用技術手段進行碳封存成為必然選擇。
“碳封存，指的是二氧化碳捕集、利用與封存（CCUS）技術。通俗地講，就是把工業生產環節中產生的二氧化碳收集起來并進行液態化處理，然后將它們
運輸到儲存地點長期封存，不讓它逃回大氣層。”徐永利說。
在有關專家看來，中國的能源資源稟賦，以及長期依賴煤、石油等化石能源的能源結構，決定了實現碳中和的難度，而CCUS技術的大范圍推廣是我國實現“雙碳”目標的重要途徑之一。
科技部等部門編寫的《中國碳捕集利用與封存技術評估報告》也提到，除了提高能源利用效率外，可再生能源和CCUS技術是減少排放的最有效手段，特別是對于
電力行業，兩者在一定程度上成為互相競爭的
減排技術。
生態環境部環境規劃院、中國科學院武漢巖土力學研究所等機構更是將CCUS技術概括為：目前實現大規模化石能源零排放利用的唯一技術選擇、碳中和目標下保持電力系統靈活性的主要技術手段、
鋼鐵水泥等難以減排行業深度脫碳的可行技術方案、實現碳中和目標的托底技術保障。
“受技術、成本、地質條件等因素影響，目前CCUS項目在
河北省乃至全國落地的項目并不多，且主要集中在石油開采行業。”徐永利介紹，位于滄州河間的華北油田“八里西潛山CCUS先導試驗項目”，是河北最早、京津冀地區規模最大的CCUS項目。
為什么CCUS項目目前多集中在石油開采行業呢？主要是其不但能實現碳封存，還有助于強化石油開采。
“在很多人的想象中，石油在地下就像一條河流或者一片湖泊，但其實大部分石油都藏在巖石的孔隙和縫隙中。想要把石油開采出來，一般需要靠水來驅動。而一些低滲、特低滲的油藏，巖石像鐵板一塊，水根本沒有辦法進入。”石油專家介紹。
正如搖晃碳酸飲料瓶后再打開瓶蓋，會有大量液體噴出，二氧化碳也是優良的驅油介質。相比于水，它有更強的擴散性和溶解膨脹石油的作用，更容易進入到低滲巖芯的孔隙中。將液態二氧化碳注入油層后，不但可以增加原油流動性，還能讓原本躲藏在巖層縫隙中的原油“現身”，從而提高石油采收率。
據介紹，潛山油藏曾是華北油田主力油藏，目前已進入特高含水開發后期，依據傳統水驅等現有技術，巨量的剩余油難以有效動用。
于2022年年底正式注氣的“八里西潛山CCUS先導試驗項目”，在項目設計周期40年內，預計將累計增油超300萬噸，油藏采收率提高27%，還將埋存二氧化碳800多萬噸，減排效果相當于植樹7000萬棵或500萬輛經濟型轎車停開一年。
“河北省內鋼鐵和
化工企業較多，二氧化碳排放和捕集量較大，且潛山油藏地質儲量基數大，這一試驗的成功經驗，可在冀中地區中小潛山群和低滲透砂巖油藏中進行工業化推廣，覆蓋地質儲量4300萬噸，減排潛力大，工業利用前景廣闊。”華北油田副總地質師、開發部經理孟慶春介紹。
河北省平原碳封存地質條件“摸家底”
7月10日，石家莊市，省地調院碳中和地學研究室一間辦公室內，一塊塊直徑十幾厘米、長度約1米的圓柱形巖石呈現在筆者面前。
這個看起來平平無奇的巖石樣品背后，卻蘊藏著十分豐富的內容和“秘密”。
“它的學名叫地層巖芯，是技術人員根據地質工作或工程需要，使用取芯鉆機從地下取出的圓柱狀巖石樣品。別看這巖芯不起眼，它是從數千萬年前乃至上億年前形成的地層中取出來的，通過對巖芯的分析，我們可以了解地質變遷、地下環境等。”徐永利告訴筆者。
不過，此次的巖芯研究并不是為了找礦，而是為了對河北省平原碳封存地質條件“摸家底”。
“雖然目前落地的碳封存項目多以二氧化碳強化石油開采為主，但實際上適宜進行碳封存的地質結構還包括氣田、不可開采的煤層、咸水層等。”徐永利說，其中地下深部咸水層因具有分布廣泛、儲存量大等特點而被視為二氧化碳長期封存的最優陸地場所。
中國地質調查局水文地質環境地質調查中心此前開展的我國二氧化碳地質儲存調查研究表明，在我國盆地級二氧化碳地質儲存潛力構成中，按儲存介質類型劃分，深部咸水層的儲存潛力占95.6%，油氣藏及深部不可采煤層的潛力占4.4%。
顯然，在我國深部咸水層二氧化碳地質儲存潛力遠遠超過了油田、天然氣田和煤層氣田，是實現未來我國規模化二氧化碳地質儲存的主力。
更詳細調查還發現，我國陸域主要大型盆地大都發育有大厚度沉積地層，深部咸水含水層較發育，咸水含水層之間的相對隔水層或弱透水層構成較好的封閉條件，適合進行二氧化碳封存。其中，華北盆地（平原）為較適宜二氧化碳地質儲存的陸域盆地，儲存潛力大，儲蓋層條件相對較好，應作為下一階段工作的重點區域。
為此，2022年，省自然資源廳組織相關單位在太行山前晉縣凹陷和丘縣凹陷進行了二氧化碳地下封存潛力試點調查。此次調查范圍約為5800平方公里，以深部咸水層和煤層為目標層，初步預測兩凹陷區二氧化碳封存潛力約26億噸。
“此前進行的試點調查畢竟范圍有限。為盡快摸清河北省平原地區碳封存潛力‘家底’，今年以來，受省地礦局地質環境處委托，省地調院承擔了《河北平原碳封存地質條件初步調查評價》項目。”徐永利表示。
據介紹，該項目的主要任務是篩選平原地區適宜二氧化碳封存的目標儲層，對平原區進行盆地/區域級別封存潛力評價，篩選適宜開展規模化地質封存的靶區，在排放源核查與地面調查的基礎上，進行源匯匹配，為優選靶區進行封存場地注入與封存性能評價提供依據。
在深部咸水層中儲存二氧化碳，需要滿足什么樣的地質條件呢？
徐永利介紹，首先需要滿足的是咸水層的深度。超臨界狀態下的二氧化碳具有密度大、粘度低、擴散系數大的特點，傳質性能極強，這種狀態的二氧化碳在構造封存、束縛封存、溶解封存和礦化封存等機理的共同作用下更有利于實現長久封存,也更有利于保持其穩定性和安全性。要保持這種狀態的地層深度至少應為地下800米，理想深度應在地下800米至3500米之間。
此外，咸水層必須與飲用水源隔離，并覆蓋有泥巖或其他形態的低滲透性巖石蓋層，以避免二氧化碳泄漏。儲存二氧化碳的巖層還應具有較好的穩定性，不能有明顯會導致流體流動泄漏的古斷層或活動斷層。
“以上條件都滿足，才符合我們對碳封存的要求。”徐永利表示。
不過，即便條件符合碳封存要求的地下儲層，也存在由于儲層應力場改變以及天然裂縫、斷層等地質結構導致二氧化碳后期發生泄漏的風險。故此，學界正在積極尋找對二氧化碳運移過程進行實時監測的好辦法。經過考察計算后選擇的地質封存點在嚴格管理下，注入地層中的二氧化碳可封存一千年以上。
“目前，我們已經完成對收集資料的全面整理，篩選出工作區內需要的鉆孔資料，并將收集到的鉆孔柱狀圖進行了矢量化，分析了設計中所涉及的評價單元目標儲層和蓋層的厚度和分布面積。預計到今年年底，可以完成該項目。”徐永利說。
潛力巨大的海洋碳封存
6月1日9時30分，廣東
深圳西南約200公里的南海恩平15—1原油鉆采平臺上，隨著高碳原油生產井、生產處理系統、二氧化碳壓縮機等設備依次啟動，油田開發伴生的二氧化碳被捕獲、分離，加壓至氣液混合的超臨界狀態后，通過二氧化碳回注井，回注至距平臺3公里、海床之下800多米的咸水層中，實現長期穩定封存。
恩平15-1油田碳封存示范工程是我國首個海上二氧化碳封存示范工程項目，它的投用標志著我國成功掌握海上二氧化碳捕集、處理、注入、封存和監測的全套技術和裝備體系，實現了我國海上二氧化碳封存領域從無到有的重要突破。
“從技術角度來看，海洋碳封存和陸地碳封存都屬于地質碳封存。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，環境風險更小。”專家介紹。
早在2010年，中國地質調查局就對我國海域二氧化碳地質封存潛力進行了初步評估。2021年至2022年，在中國地質調查局的統一部署下，由青島海洋地質研究所牽頭，廣州海洋地質調查局和中國地質調查局發展研究中心參加，充分利用20余年的海洋地質調查實測地質和地球物理數據以及公開發表的商業性油氣勘探開發等資料，系統開展了我國海域二氧化碳地質封存潛力評價，證實我國海域二氧化碳地質封存潛力巨大，預測盆地級封存潛力達2.58萬億噸。
資料顯示，我國東部沿海省份是二氧化碳排放大戶，未來減排任務艱巨。專家認為，河北作為沿海省份，擁有487公里海岸線，海底碳封存潛力巨大以及安全性等優勢，為河北沿海城市未來減排提供了一個解決思路。
“海域盆地穩定性好，即便發生泄漏，也是初步泄漏到海水里面，通過海水稀釋淡化并及時維護，不會產生大的風險災害。”中國地質調查局青島海洋地質研究所副所長印萍此前接受采訪時表示。
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CCUS項目，將開采油氣過程中產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結構的氣密性來封存二氧化碳。這是世界上第一個商業規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常活動，無泄漏情況出現。
據了解，目前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。
專家介紹，實施海底碳封存，因為需要增加海上運輸、鋪設海底管道等環節，成本會比陸地碳封存更高。但海底巨大的封存潛力和未來巨大的封存規模將在很大程度上降低成本。
“目前，我國海底碳封存示范研究項目正在加快推進。”專家表示，在2030年碳達峰之前，我國還會有一批海底碳封存示范工程推進實施。估計到2035年左右，我國將形成一批規模化的海底碳封存商業項目。（河北日報記者王思達 通訊員賈瑞婷）
■相關
2022年8月，科技部、發改委等九部門印發的《科技支撐碳達峰碳中和實施方案（2022—2030年）》強調，要聚焦CCUS（二氧化碳捕集、利用與封存技術）的全生命周期能效提升和成本降低，力爭到2025年實現單位二氧化碳捕集能耗比2020年下降20%，到2030年下降30%。
今年上半年，省工業和信息化廳、省發展改革委、省生態環境廳印發《河北省工業領域碳達峰實施方案》，提出到2025年，新建煉化一體化項目成品油產量占原油加工量比例降至40%以下，加快部署大規模碳捕集利用封存產業化示范項目。到2030年，富氫碳循環高爐冶煉、氫基豎爐直接還原鐵、碳捕集利用封存等技術取得突破應用。
省地質調查院碳中和地學研究室主任徐永利長期從事低碳發展與應對氣候變化等領域研究。他認為，二氧化碳地質封存作為緩解碳排放行之有效的方法之一，是實現河北省“雙碳”目標的重要手段和途徑。今后的5至10年是二氧化碳捕集、利用與封存（CCUS）產業發展的關鍵窗口期，應加大相關領域研究力度，加快布局CCUS示范與產業化集群建設。
在采訪中記者了解到，較高的成本是目前制約CCUS技術落地、推廣的重要因素。其中，碳捕集技術是發展CCUS技術中最為關鍵的部分，是CCUS整個流程中成本和能耗的最大來源。碳捕集技術主要指從排放源捕獲二氧化碳并將其進行收集、壓縮的過程，充足且優質的高純度二氧化碳的收集是保障CCUS技術繼續進行下去的關鍵。
“但在目前的技術條件下，對很多民營工業企業來說，持續進行二氧化碳捕集成本太高。雖然后期企業賣
碳配額可以有些收入，但基本屬于虧本生意，難以達到收支平衡。”徐永利表示。
此外，捕集加壓后的液態二氧化碳運輸成本也是一個需要注意的
問題。據了解，目前通過罐車運輸，1噸二氧化碳運送1公里需要成本0.8元至1元，若使用管道運輸成本可以降低不少。但因為二氧化碳屬危化品管理范疇，長距離管道建設也面臨一些
難題。
業內人士認為，國家政策支持、碳
市場發展、集群化部署與技術突破，是破解上述難題的關鍵所在。在加快發展CCUS產業的進程中，產業集群將發揮重要作用——規模擴展將成為未來大型碳封存項目與以前試點及小型獨立項目之間的一項關鍵區別。在此背景下，通過排放源集群和基礎設施共享，可明顯降低成本，帶來規模效益。
激發經營主體主動作為，政策引導也很關鍵。專家建議，應加強相關配套政策支持，搭建系統化政策框架體系，形成積極穩定的政策預期，對捕集和封存的二氧化碳按照單位減排量給予企業相應補貼或稅收抵免。
