中國工程院院士周守為談海洋CO?固化封存新路徑

當前，全球碳排放總量巨大，“碳達峰、碳中和”成為人類應對氣候變化的政治共識。除了引導行業綠色高質量發展以外，碳捕集利用與封存（CCUS）技術則是助力全球碳中和目標實現的重要戰略性技術。3月27日，在中關村論壇—工程科技創新論壇上，中國工程院院士、中國海洋石油集團有限公司教授級高級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的難點變成二氧化碳封存的優勢，進而實現規?；Ｑ蠊烫肌?/span>

CCUS為實現碳中和兜底

2023年全球化石燃料CO?排放量達368億噸，而我國CO?排放量達到了126億噸，約占全球碳排放量的三分之一，實現“碳達峰、碳中和”目標面臨較大挑戰。

周守為院士指出，CCUS技術是未來實現碳中和的兜底保障。根據IEA《能源技術展望報告2017》提到，到2060年，累計減排量的14%將來自CCUS，但現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，全球營運或者建設中的CCUS項目有140個，僅占2023年全球碳排放量（368億噸）的1.33‰。從國內來看，到2023年，我國年捕集規模可達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”海洋二氧化碳液態封存項目為例，該項目投資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項目中，只有恩平為咸水層封存項目，其余均為EOR（二氧化碳捕集埋存與提高采收率）項目。

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，是實現“雙碳”目標的重要增長極。海洋占地球表面積的71%，二氧化碳封存潛力巨大。相關文獻指出海上碳封存碳儲量約是陸地的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境友好（海水是天然屏障、風險更低）、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）等優勢。因此，周守為院士建議要加快海洋碳封存理論、技術及裝備的研發，具有重大戰略意義。

海洋封存二氧化碳包括近海生態固碳、海洋生物固碳、海洋地質固碳、深海二氧化碳水合物多相態封儲固碳等途徑。其中，近海生態固碳和海洋生物固碳埋存量大、時間長，但定量存在困難；海洋地質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。

現有的地質封存技術存在成本高、規模小、工藝復雜，流體儲層易泄漏，需要合適圈閉構造等問題。

改變思維將難點轉化為優勢

針對天然氣水合物難以開發問題，周守為院士指出進行觀念轉變是關鍵，采用逆向思維，順應自然，加速自然，借助自然的力量，將海洋水合物開發的難點轉化為CO?水合物海洋封存的優勢，實現二氧化碳水合物的海底固化封存。

周守為院士分析認為，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境下，天然氣水合物長期穩定不易開發，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造，因此形成CO?水合物也不需要密閉構造，可望大規模形成固態并封存，固化后的CO?水合物能夠保持長期固態，長期穩定，不易氣化，更易封存。在深海的淺層多為泥質粉砂或不成巖的膠結疏松的泥、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。相比現存的CO?封存模式，CO?水合物不需要進行密封性評價，原則上也不存在封存量的限制，埋存地點相對寬泛。

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?水合物的生產速率，實現CO?水合物在深海海底或深海淺層的固化封存。

培育海洋CO?水合物封存產業鏈

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

因此，周守為院士及其團隊就CO?怎樣在高壓低溫下形成CO?水合物進行了初步的實驗驗證，在海洋環境下，CCO?水合物海底生成進行了模擬試驗。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，可實現碳礦CO?水合物封存，達到碳礦封存“生得成”目標。且壓力波動影響對CO?水合物分解影響不大，可達到碳礦封存“穩得住”目標。

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新產業，即海洋CO?水合物封存產業鏈，并建立3000m深水CO?水合物多相態、多層系固化封存技術體系，最終能夠建立起海上多能種一體化開發利用模式。