2023年，全球化石燃料二氧化碳排放量達(dá)到368億噸（溫室氣體總量409億噸），二氧化碳濃度已達(dá)80年來(lái)最高值。其中，我國(guó)二氧化碳排放量達(dá)到126億噸，高居全球第一。而二氧化碳捕集利用與封存（CCUS），被視為是未來(lái)實(shí)現(xiàn)碳中和的兜底保障。近日，記者從中國(guó)工程院院士、中國(guó)海洋石油集團(tuán)有限公司杰出高級(jí)專家周守為處了解到，除了在陸地上驅(qū)油外，二氧化碳的封存在海洋深處也許還能有新的路徑。

“跟海洋打了一輩子的交道，我最深刻的體會(huì)就是深邃的海洋不僅給人類(lèi)提供豐富的物質(zhì)保障，還能給人以思想上的啟迪。”周守為說(shuō)，“我們要借助自然的力量，將海洋天然氣水合物開(kāi)發(fā)的難點(diǎn)，轉(zhuǎn)化成為二氧化碳水合物海底工程的優(yōu)勢(shì)?！?/p>

海洋CCUS應(yīng)需興起

根據(jù)國(guó)際能源署《能源技術(shù)展望報(bào)告2017》預(yù)測(cè)，要實(shí)現(xiàn)《巴黎協(xié)定》提出的“將全球平均氣溫較前工業(yè)化時(shí)期上升幅度控制在2攝氏度以內(nèi)”氣候目標(biāo)，到2060年，累積碳減排量的14%將來(lái)自CCUS。但是，截至2023年，全球運(yùn)營(yíng)或建設(shè)中的CCUS項(xiàng)目有140余個(gè)，捕集能力為4900萬(wàn)噸/年，只占全年全球碳排放量的1.33‰。從數(shù)據(jù)上看，現(xiàn)有的碳中和項(xiàng)目遠(yuǎn)達(dá)不到兜底的效果。

目前，國(guó)內(nèi)煤電、石油石化行業(yè)及相關(guān)產(chǎn)業(yè)均開(kāi)展CCUS技術(shù)攻關(guān)研究和工程示范。中國(guó)石化建成了國(guó)內(nèi)首個(gè)百萬(wàn)噸級(jí)CCUS全流程項(xiàng)目，但整個(gè)規(guī)模仍然較小。2023年我國(guó)全年碳捕集規(guī)模達(dá)600萬(wàn)噸/年，這個(gè)量卻僅占全年碳排放的4.15‰。CCS項(xiàng)目共有8個(gè)處于運(yùn)行階段，其中只有恩平15-1CCS項(xiàng)目為咸水層封存項(xiàng)目，其余均為強(qiáng)化采油技術(shù)（EOR）項(xiàng)目。據(jù)悉，恩平項(xiàng)目是我國(guó)第一個(gè)海上二氧化碳封存項(xiàng)目，于2023年6月正式投用，每年注入二氧化碳超過(guò)30萬(wàn)噸，累計(jì)超過(guò)150萬(wàn)噸；截至目前已經(jīng)注入2000萬(wàn)立方米二氧化碳。

“無(wú)論是1.33‰或4.15‰，都與14%的最終目標(biāo)相差著數(shù)量級(jí)?！敝苁貫楸硎?，從全世界來(lái)看CCUS不外乎是兩個(gè)大的方向：一個(gè)是二氧化碳驅(qū)油，同時(shí)提高原油采收率，再把二氧化碳埋在地質(zhì)構(gòu)造里。另一個(gè)是把二氧化碳封存在咸水層里。根據(jù)正在建設(shè)的項(xiàng)目數(shù)量，后者正逐漸成為主流。

他山之石，可以攻玉

 然而，他山之石，可以攻玉。眾所周知，位于海底的可燃冰（天然氣水合物）的開(kāi)采難度大，至今全世界都尚未進(jìn)行商業(yè)開(kāi)發(fā)。與海洋打交道多年的周守為卻突然想到，二氧化碳水合物形成的條件與天然氣水合物相似，甚至更為簡(jiǎn)單易成。何不將可燃冰開(kāi)采的難處，轉(zhuǎn)化為研究海洋埋藏二氧化碳的優(yōu)勢(shì)？

海域水合物儲(chǔ)存區(qū)通常位于水深300米以上，海床下1000米內(nèi)。對(duì)比天然氣水合物與二氧化碳水合物生成條件可以發(fā)現(xiàn)，海洋封存二氧化碳具有8方面的優(yōu)勢(shì)：一是二氧化碳水合物比天然氣水合物更易形成；二是低溫高壓的海洋環(huán)境使天然氣水合物狀態(tài)穩(wěn)定，不易開(kāi)發(fā)，卻也構(gòu)成二氧化碳封存的有利條件；三是二氧化碳水合物同可燃冰一樣不需要圈閉構(gòu)造，有望大規(guī)模形成固態(tài)并封存；四是深海環(huán)境下，固化的二氧化碳水合物將保持固態(tài)，不易氣化，更易封存；五是深海淺層多為泥質(zhì)粉砂或不成巖的膠結(jié)疏松泥、沙、水混合層，可以為二氧化碳的注入與水合物形成提供有利條件；六是以固態(tài)水合物形式儲(chǔ)存二氧化碳無(wú)需進(jìn)行密封性評(píng)價(jià)，沒(méi)有氣體泄漏問(wèn)題；七是二氧化碳水合物封存在條件合適的情況下，原則上封存量無(wú)規(guī)模限制，解決當(dāng)前技術(shù)難題；八是海底或深海淺層為二氧化碳封存提供了更加寬泛的地點(diǎn)選擇，突破了現(xiàn)有技術(shù)必須選擇密閉地質(zhì)構(gòu)造或咸水層的桎梏。

“換句話說(shuō)，能形成天然氣水合物的地方，二氧化碳水合物也一定能形成，而且形成得更容易?！敝苁貫楸硎?，“我通過(guò)分析提出的二氧化碳封存新路徑，就是借鑒海洋天然氣水合物自然形成的原理，人為加快二氧化碳水合物的生成速率，實(shí)現(xiàn)二氧化碳水合物在深海海底或深海淺層的固化封存?！?/p>

變廢氣為海底“碳礦”
    “只要溫度和壓力合適，二氧化碳就能形成水合物。像我國(guó)的東沙、新西蘭的外海，千百萬(wàn)年來(lái)一直有天然氣水合物埋藏在海底，如果我們把二氧化碳也像這樣埋放在那不就成了嗎？它可以形成非常穩(wěn)定的二氧化碳水合物，被永久封存。”周守為認(rèn)為，具體到工程技術(shù)，一個(gè)方法是找到合適的地方直接放入二氧化碳；另一個(gè)方法是在天然氣水合物下伏層固化封存二氧化碳。

“我們研究的方向和目標(biāo)就是要注得進(jìn)、生得成、封得住、看得見(jiàn)、生態(tài)美?！彼忉尩?，為此團(tuán)隊(duì)需要建立注入口二氧化碳水合物堵塞解堵技術(shù)及多層系聯(lián)儲(chǔ)動(dòng)態(tài)調(diào)控技術(shù)；揭示海洋環(huán)境二氧化碳水合物快速生成機(jī)制，形成二氧化碳水合物規(guī)模化生成技術(shù)；建立深海二氧化碳多相態(tài)穩(wěn)定封存技術(shù)工藝及裝備；形成海洋二氧化碳固化和地質(zhì)封存全時(shí)空一體化監(jiān)測(cè)技術(shù)及體系。最終，實(shí)現(xiàn)二氧化碳固化封存后，作為海洋生態(tài)的組成部分長(zhǎng)期穩(wěn)定、環(huán)境友好。

“我們用南海的海水、泥沙，模擬海底條件來(lái)進(jìn)行了一系列的實(shí)驗(yàn)，這些實(shí)驗(yàn)最后都支持了我們的想法——海洋環(huán)境條件能夠快速形成二氧化碳水合物，海底壓力對(duì)穩(wěn)定性影響不大。并且，在有誘導(dǎo)微粒的條件下，二氧化碳水合物形成更快，適當(dāng)添加強(qiáng)化劑有助于二氧化碳水合物固化?！敝苁貫榭偨Y(jié)道，“經(jīng)過(guò)初步驗(yàn)證，我們可以確定海洋二氧化碳固態(tài)封存的方向是正確的，只是仍有大量難題需要繼續(xù)探索?！?/p>

目前，周守為團(tuán)隊(duì)仍在圍繞這項(xiàng)技術(shù)展開(kāi)研究，并嘗試在未來(lái)建立3000米深水二氧化碳水合物多相態(tài)、多層系固化封存技術(shù)體系?！叭绻Ｑ蠖趸嫉刭|(zhì)封存技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)應(yīng)用，二氧化碳運(yùn)輸船、海底長(zhǎng)輸管線、海上鉆井設(shè)備等一系列產(chǎn)業(yè)都將迎來(lái)春天，一個(gè)新的CCUS產(chǎn)業(yè)鏈也將隨之誕生?！彼雇f(shuō)。