摘要 : 過度使用化石能源致使過量排放以CO2為主的溫室氣體 , 并增強全球氣候變暖的趨勢 。碳封存是有效緩解大氣中CO2濃度激增的重要手段 。 海洋碳封存是一種新興的碳減排理念 , 其封存主體是海洋水柱和海底沉積物 , 它們不但封存潛力巨大 , 而且與陸地碳封存相比安全性更高 。 闡述了海洋碳封存的技術原理與封存機制、海洋碳封存的潛力與封存時間、影響海洋碳封存的主要因素、海上CO2注入技術 、CO2泄漏對海洋生物的影響以及CO2泄漏的監測技術等，并對未來海洋碳封存的發展前景進行了展望，指出了未來海洋碳封存技術的主要研究熱點 。

關鍵詞 : 碳封存；海洋水柱；海底沉積物；CO2泄漏的監測技術

工業革命以來因大量使用化石能源致使大氣中CO2濃度激增。據IPCC第五次評估報告,大氣中CO2濃度從1750年到2011年由278滋g/g增至390.5滋g/g,相當于大氣中增加了(240依10)PgC。Arce等對大氣中CO2的估值則更高,認為到2100年大氣中CO2濃度會增至工業革命前的4倍。作為主要溫室氣體的CO2過量排放已使全球氣溫激增,并引起冰雪融化、海平面上升和物種滅絕等嚴重后果。顯然,控制大氣中CO2濃度已成為全人類共同面對的棘手問題。解決該問題的途徑一是減少碳排放,二是增加碳匯。碳減排包括提高能源利用效率和向低碳能源結構轉變等。然而,至少至21世紀中葉,一次能源供給仍將以化石能源為主。故從能源結構看,碳捕獲和碳封存(CarbonCaptureandStorage,CCS)技術可能是增加碳匯,控制大氣中CO2濃度最重要、最有效的方法之一。

CCS技術復雜多樣,主要包括生物固碳、海洋碳封存、陸地碳封存、碳礦化和工業利用CO2等技術。生物固碳是通過強化具有光合能力的生物吸收CO2并將其轉變成初級生產力的能力來實現。如海洋施肥原理就是通過向營養素貧化的海域添加受限的營養素來提高初級生產力,達到增加海洋生物固碳能力的目的。類似地,向海洋投放諸如橄欖巖粉可提高海洋吸收CO2的能力。陸地碳封存是將CO2注入到具有封存能力的地層,并通過致密蓋層的封堵來抑制CO2逃逸,或結合物理—化學原理將CO2捕獲并封存于儲層。陸地碳封存主要儲層為深部咸水層,枯竭油氣田、深部不可采煤層和鹽洞等。其中利用CO2提高油氣采收率已發展成一項應用廣泛的成熟開采技術,但因其主要目的是提高油氣采收率,故CO2封存量少、封存時間短,且可能會從鉆井中泄漏出來。深部咸水層在陸上和海上均有分布,很少受地域限制,碳封存潛力巨大;此類碳封存項目也較多,是我國碳封存的重點。

然而,陸地碳封存具有較高的泄漏風險,并極易進入地下水和土壤,破壞生態平衡。雖然海洋碳封存與陸地碳封存相比其技術還不成熟,但其碳封存潛力巨大,且可消除其他碳封存方法易引起的多種擔憂,具有明顯的優勢。表1列出了多個國家在不同類型儲層已實施或正在實施的10個國際碳封存項目。本文將重點闡述海洋碳封存技術的研究現狀和存在問題,并對該領域的發展前景進行展望。