實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)是一場廣泛而深刻的變革。

“雙碳”目標(biāo)之下，除了轉(zhuǎn)變能源獲取方式，減少對(duì)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(guī)手段之外，還有一項(xiàng)被稱為“碳中和的最后一公里解決方案”的技術(shù)——碳封存。

2022年年底，位于滄州河間的京津冀最大規(guī)模碳封存項(xiàng)目——中國石油華北油田“八里西潛山CCUS先導(dǎo)試驗(yàn)項(xiàng)目”正式啟動(dòng)注氣。今年6月，我國首個(gè)海上碳封存示范工程項(xiàng)目在南海恩平15-1平臺(tái)正式投用。

碳封存技術(shù)，已經(jīng)成為實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的一項(xiàng)重要手段。

實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的托底技術(shù)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(shù)）先導(dǎo)試驗(yàn)項(xiàng)目”注氣現(xiàn)場。

兩臺(tái)滿載液態(tài)二氧化碳的槽罐車緩緩駛?cè)雸龅兀匆?guī)定位置停放。很快，壓注設(shè)備陸續(xù)啟動(dòng)，將槽罐車內(nèi)的液態(tài)二氧化碳打入白色的巨大儲(chǔ)存罐中。隨后，被注入儲(chǔ)存罐的液態(tài)二氧化碳會(huì)通過管線注入油井，進(jìn)行封存。

經(jīng)過上述一系列操作，液態(tài)二氧化碳會(huì)以相對(duì)穩(wěn)定的形式長期埋藏于地下油田。這個(gè)過程，被稱為碳封存。

碳封存究竟是什么？為什么要進(jìn)行碳封存？這，還要從我國實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的兩種路徑講起。

“我國提出，二氧化碳排放力爭于2030年前達(dá)到峰值，努力爭取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和。”省地礦局所屬省地質(zhì)調(diào)查院（以下簡稱“省地調(diào)院”）碳中和地學(xué)研究室主任徐永利介紹，實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的具體措施和方案有很多，但從本質(zhì)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(shù)據(jù)表明，目前我國能源活動(dòng)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(duì)經(jīng)濟(jì)體的能源結(jié)構(gòu)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)作出大規(guī)模調(diào)整。因此，單純依靠減少碳排放實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)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(lán)碳資源，對(duì)二氧化碳進(jìn)行吸收、固定。這一方案生態(tài)效益顯著，但時(shí)效較慢，難以在短時(shí)間內(nèi)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(tài)系統(tǒng)吸收，我國碳達(dá)峰后每年仍有數(shù)億噸的二氧化碳負(fù)排放缺口。在這種情況下，利用技術(shù)手段進(jìn)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(shù)。通俗地講，就是把工業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)中產(chǎn)生的二氧化碳收集起來并進(jìn)行液態(tài)化處理，然后將它們運(yùn)輸到儲(chǔ)存地點(diǎn)長期封存，不讓它逃回大氣層。”徐永利說。

在有關(guān)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(jié)構(gòu)，決定了實(shí)現(xiàn)碳中和的難度，而CCUS技術(shù)的大范圍推廣是我國實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)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(shù)評(píng)估報(bào)告》也提到，除了提高能源利用效率外，可再生能源和CCUS技術(shù)是減少排放的最有效手段，特別是對(duì)于電力行業(yè)，兩者在一定程度上成為互相競爭的減排技術(shù)。

生態(tài)環(huán)境部環(huán)境規(guī)劃院、中國科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所等機(jī)構(gòu)更是將CCUS技術(shù)概括為：目前實(shí)現(xiàn)大規(guī)模化石能源零排放利用的唯一技術(shù)選擇、碳中和目標(biāo)下保持電力系統(tǒng)靈活性的主要技術(shù)手段、鋼鐵水泥等難以減排行業(yè)深度脫碳的可行技術(shù)方案、實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)的托底技術(shù)保障。

“受技術(shù)、成本、地質(zhì)條件等因素影響，目前CCUS項(xiàng)目在河北省乃至全國落地的項(xiàng)目并不多，且主要集中在石油開采行業(yè)。”徐永利介紹，位于滄州河間的華北油田“八里西潛山CCUS先導(dǎo)試驗(yàn)項(xiàng)目”，是河北最早、京津冀地區(qū)規(guī)模最大的CCUS項(xiàng)目。

為什么CCUS項(xiàng)目目前多集中在石油開采行業(yè)呢？主要是其不但能實(shí)現(xiàn)碳封存，還有助于強(qiáng)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(shí)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(qū)動(dòng)。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(jìn)入。”石油專家介紹。

正如搖晃碳酸飲料瓶后再打開瓶蓋，會(huì)有大量液體噴出，二氧化碳也是優(yōu)良的驅(qū)油介質(zhì)。相比于水，它有更強(qiáng)的擴(kuò)散性和溶解膨脹石油的作用，更容易進(jìn)入到低滲巖芯的孔隙中。將液態(tài)二氧化碳注入油層后，不但可以增加原油流動(dòng)性，還能讓原本躲藏在巖層縫隙中的原油“現(xiàn)身”，從而提高石油采收率。

據(jù)介紹，潛山油藏曾是華北油田主力油藏，目前已進(jìn)入特高含水開發(fā)后期，依據(jù)傳統(tǒng)水驅(qū)等現(xiàn)有技術(shù)，巨量的剩余油難以有效動(dòng)用。

于2022年年底正式注氣的“八里西潛山CCUS先導(dǎo)試驗(yàn)項(xiàng)目”，在項(xiàng)目設(shè)計(jì)周期40年內(nèi)，預(yù)計(jì)將累計(jì)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(dāng)于植樹7000萬棵或500萬輛經(jīng)濟(jì)型轎車停開一年。

“河北省內(nèi)鋼鐵和化工企業(yè)較多，二氧化碳排放和捕集量較大，且潛山油藏地質(zhì)儲(chǔ)量基數(shù)大，這一試驗(yàn)的成功經(jīng)驗(yàn)，可在冀中地區(qū)中小潛山群和低滲透砂巖油藏中進(jìn)行工業(yè)化推廣，覆蓋地質(zhì)儲(chǔ)量4300萬噸，減排潛力大，工業(yè)利用前景廣闊。”華北油田副總地質(zhì)師、開發(fā)部經(jīng)理孟慶春介紹。

河北省平原碳封存地質(zhì)條件“摸家底”

7月10日，石家莊市，省地調(diào)院碳中和地學(xué)研究室一間辦公室內(nèi)，一塊塊直徑十幾厘米、長度約1米的圓柱形巖石呈現(xiàn)在筆者面前。

這個(gè)看起來平平無奇的巖石樣品背后，卻蘊(yùn)藏著十分豐富的內(nèi)容和“秘密”。

“它的學(xué)名叫地層巖芯，是技術(shù)人員根據(jù)地質(zhì)工作或工程需要，使用取芯鉆機(jī)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(shù)千萬年前乃至上億年前形成的地層中取出來的，通過對(duì)巖芯的分析，我們可以了解地質(zhì)變遷、地下環(huán)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(duì)河北省平原碳封存地質(zhì)條件“摸家底”。

“雖然目前落地的碳封存項(xiàng)目多以二氧化碳強(qiáng)化石油開采為主，但實(shí)際上適宜進(jìn)行碳封存的地質(zhì)結(jié)構(gòu)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(chǔ)存量大等特點(diǎn)而被視為二氧化碳長期封存的最優(yōu)陸地場所。

中國地質(zhì)調(diào)查局水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查中心此前開展的我國二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存調(diào)查研究表明，在我國盆地級(jí)二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存潛力構(gòu)成中，按儲(chǔ)存介質(zhì)類型劃分，深部咸水層的儲(chǔ)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(zhì)儲(chǔ)存潛力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了油田、天然氣田和煤層氣田，是實(shí)現(xiàn)未來我國規(guī)模化二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存的主力。

更詳細(xì)調(diào)查還發(fā)現(xiàn)，我國陸域主要大型盆地大都發(fā)育有大厚度沉積地層，深部咸水含水層較發(fā)育，咸水含水層之間的相對(duì)隔水層或弱透水層構(gòu)成較好的封閉條件，適合進(jìn)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(zhì)儲(chǔ)存的陸域盆地，儲(chǔ)存潛力大，儲(chǔ)蓋層條件相對(duì)較好，應(yīng)作為下一階段工作的重點(diǎn)區(qū)域。

為此，2022年，省自然資源廳組織相關(guān)單位在太行山前晉縣凹陷和丘縣凹陷進(jìn)行了二氧化碳地下封存潛力試點(diǎn)調(diào)查。此次調(diào)查范圍約為5800平方公里，以深部咸水層和煤層為目標(biāo)層，初步預(yù)測兩凹陷區(qū)二氧化碳封存潛力約26億噸。

“此前進(jìn)行的試點(diǎn)調(diào)查畢竟范圍有限。為盡快摸清河北省平原地區(qū)碳封存潛力‘家底’，今年以來，受省地礦局地質(zhì)環(huán)境處委托，省地調(diào)院承擔(dān)了《河北平原碳封存地質(zhì)條件初步調(diào)查評(píng)價(jià)》項(xiàng)目。”徐永利表示。

據(jù)介紹，該項(xiàng)目的主要任務(wù)是篩選平原地區(qū)適宜二氧化碳封存的目標(biāo)儲(chǔ)層，對(duì)平原區(qū)進(jìn)行盆地/區(qū)域級(jí)別封存潛力評(píng)價(jià)，篩選適宜開展規(guī)模化地質(zhì)封存的靶區(qū)，在排放源核查與地面調(diào)查的基礎(chǔ)上，進(jìn)行源匯匹配，為優(yōu)選靶區(qū)進(jìn)行封存場地注入與封存性能評(píng)價(jià)提供依據(jù)。

在深部咸水層中儲(chǔ)存二氧化碳，需要滿足什么樣的地質(zhì)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(tài)下的二氧化碳具有密度大、粘度低、擴(kuò)散系數(shù)大的特點(diǎn)，傳質(zhì)性能極強(qiáng)，這種狀態(tài)的二氧化碳在構(gòu)造封存、束縛封存、溶解封存和礦化封存等機(jī)理的共同作用下更有利于實(shí)現(xiàn)長久封存,也更有利于保持其穩(wěn)定性和安全性。要保持這種狀態(tài)的地層深度至少應(yīng)為地下800米，理想深度應(yīng)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(tài)的低滲透性巖石蓋層，以避免二氧化碳泄漏。儲(chǔ)存二氧化碳的巖層還應(yīng)具有較好的穩(wěn)定性，不能有明顯會(huì)導(dǎo)致流體流動(dòng)泄漏的古斷層或活動(dòng)斷層。

“以上條件都滿足，才符合我們對(duì)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(chǔ)層，也存在由于儲(chǔ)層應(yīng)力場改變以及天然裂縫、斷層等地質(zhì)結(jié)構(gòu)導(dǎo)致二氧化碳后期發(fā)生泄漏的風(fēng)險(xiǎn)。故此，學(xué)界正在積極尋找對(duì)二氧化碳運(yùn)移過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測的好辦法。經(jīng)過考察計(jì)算后選擇的地質(zhì)封存點(diǎn)在嚴(yán)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(jīng)完成對(duì)收集資料的全面整理，篩選出工作區(qū)內(nèi)需要的鉆孔資料，并將收集到的鉆孔柱狀圖進(jìn)行了矢量化，分析了設(shè)計(jì)中所涉及的評(píng)價(jià)單元目標(biāo)儲(chǔ)層和蓋層的厚度和分布面積。預(yù)計(jì)到今年年底，可以完成該項(xiàng)目。”徐永利說。

潛力巨大的海洋碳封存

6月1日9時(shí)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(tái)上，隨著高碳原油生產(chǎn)井、生產(chǎn)處理系統(tǒng)、二氧化碳?jí)嚎s機(jī)等設(shè)備依次啟動(dòng)，油田開發(fā)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(tài)后，通過二氧化碳回注井，回注至距平臺(tái)3公里、海床之下800多米的咸水層中，實(shí)現(xiàn)長期穩(wěn)定封存。

恩平15-1油田碳封存示范工程是我國首個(gè)海上二氧化碳封存示范工程項(xiàng)目，它的投用標(biāo)志著我國成功掌握海上二氧化碳捕集、處理、注入、封存和監(jiān)測的全套技術(shù)和裝備體系，實(shí)現(xiàn)了我國海上二氧化碳封存領(lǐng)域從無到有的重要突破。

“從技術(shù)角度來看，海洋碳封存和陸地碳封存都屬于地質(zhì)碳封存。與陸地碳封存相比，海底碳封存具有遠(yuǎn)離人類居住地、遠(yuǎn)離人類賴以生存的地表水體和地下水層等特點(diǎn)，安全性更高，環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)更小。”專家介紹。

早在2010年，中國地質(zhì)調(diào)查局就對(duì)我國海域二氧化碳地質(zhì)封存潛力進(jìn)行了初步評(píng)估。2021年至2022年，在中國地質(zhì)調(diào)查局的統(tǒng)一部署下，由青島海洋地質(zhì)研究所牽頭，廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局和中國地質(zhì)調(diào)查局發(fā)展研究中心參加，充分利用20余年的海洋地質(zhì)調(diào)查實(shí)測地質(zhì)和地球物理數(shù)據(jù)以及公開發(fā)表的商業(yè)性油氣勘探開發(fā)等資料，系統(tǒng)開展了我國海域二氧化碳地質(zhì)封存潛力評(píng)價(jià)，證實(shí)我國海域二氧化碳地質(zhì)封存潛力巨大，預(yù)測盆地級(jí)封存潛力達(dá)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(wù)艱巨。專家認(rèn)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(yōu)勢，為河北沿海城市未來減排提供了一個(gè)解決思路。

“海域盆地穩(wěn)定性好，即便發(fā)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(shí)維護(hù)，不會(huì)產(chǎn)生大的風(fēng)險(xiǎn)災(zāi)害。”中國地質(zhì)調(diào)查局青島海洋地質(zhì)研究所副所長印萍此前接受采訪時(shí)表示。

實(shí)施海底碳封存，在國外已被證實(shí)安全有效。其中，海底碳封存運(yùn)行時(shí)間最長、最為成熟的案例在挪威。

1996年，挪威啟動(dòng)Sleipner油田CCUS項(xiàng)目，將開采油氣過程中產(chǎn)生的二氧化碳進(jìn)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(zhì)結(jié)構(gòu)的氣密性來封存二氧化碳。這是世界上第一個(gè)商業(yè)規(guī)模的咸水層碳封存工程，運(yùn)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(dòng)，無泄漏情況出現(xiàn)。

據(jù)了解，目前中國海油還有兩個(gè)海底碳封存項(xiàng)目正處于預(yù)研究階段。一個(gè)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(gè)位于渤海，工作人員正在就二氧化碳封存于油氣田進(jìn)行研究。

專家介紹，實(shí)施海底碳封存，因?yàn)樾枰黾雍Ｉ线\(yùn)輸、鋪設(shè)海底管道等環(huán)節(jié)，成本會(huì)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(guī)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(xiàng)目正在加快推進(jìn)。”專家表示，在2030年碳達(dá)峰之前，我國還會(huì)有一批海底碳封存示范工程推進(jìn)實(shí)施。估計(jì)到2035年左右，我國將形成一批規(guī)模化的海底碳封存商業(yè)項(xiàng)目。（河北日?qǐng)?bào)記者王思達(dá) 通訊員賈瑞婷）

■相關(guān)

碳封存需要政策加力

2022年8月，科技部、發(fā)改委等九部門印發(fā)的《科技支撐碳達(dá)峰碳中和實(shí)施方案（2022—2030年）》強(qiáng)調(diào)，要聚焦CCUS（二氧化碳捕集、利用與封存技術(shù)）的全生命周期能效提升和成本降低，力爭到2025年實(shí)現(xiàn)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(yè)和信息化廳、省發(fā)展改革委、省生態(tài)環(huán)境廳印發(fā)《河北省工業(yè)領(lǐng)域碳達(dá)峰實(shí)施方案》，提出到2025年，新建煉化一體化項(xiàng)目成品油產(chǎn)量占原油加工量比例降至40%以下，加快部署大規(guī)模碳捕集利用封存產(chǎn)業(yè)化示范項(xiàng)目。到2030年，富氫碳循環(huán)高爐冶煉、氫基豎爐直接還原鐵、碳捕集利用封存等技術(shù)取得突破應(yīng)用。

省地質(zhì)調(diào)查院碳中和地學(xué)研究室主任徐永利長期從事低碳發(fā)展與應(yīng)對(duì)氣候變化等領(lǐng)域研究。他認(rèn)為，二氧化碳地質(zhì)封存作為緩解碳排放行之有效的方法之一，是實(shí)現(xiàn)河北省“雙碳”目標(biāo)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(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵窗口期，應(yīng)加大相關(guān)領(lǐng)域研究力度，加快布局CCUS示范與產(chǎn)業(yè)化集群建設(shè)。

在采訪中記者了解到，較高的成本是目前制約CCUS技術(shù)落地、推廣的重要因素。其中，碳捕集技術(shù)是發(fā)展CCUS技術(shù)中最為關(guān)鍵的部分，是CCUS整個(gè)流程中成本和能耗的最大來源。碳捕集技術(shù)主要指從排放源捕獲二氧化碳并將其進(jìn)行收集、壓縮的過程，充足且優(yōu)質(zhì)的高純度二氧化碳的收集是保障CCUS技術(shù)繼續(xù)進(jìn)行下去的關(guān)鍵。

“但在目前的技術(shù)條件下，對(duì)很多民營工業(yè)企業(yè)來說，持續(xù)進(jìn)行二氧化碳捕集成本太高。雖然后期企業(yè)賣碳配額可以有些收入，但基本屬于虧本生意，難以達(dá)到收支平衡。”徐永利表示。

此外，捕集加壓后的液態(tài)二氧化碳運(yùn)輸成本也是一個(gè)需要注意的問題。據(jù)了解，目前通過罐車運(yùn)輸，1噸二氧化碳運(yùn)送1公里需要成本0.8元至1元，若使用管道運(yùn)輸成本可以降低不少。但因?yàn)槎趸紝傥；饭芾矸懂牐L距離管道建設(shè)也面臨一些難題。

業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，國家政策支持、碳市場發(fā)展、集群化部署與技術(shù)突破，是破解上述難題的關(guān)鍵所在。在加快發(fā)展CCUS產(chǎn)業(yè)的進(jìn)程中，產(chǎn)業(yè)集群將發(fā)揮重要作用——規(guī)模擴(kuò)展將成為未來大型碳封存項(xiàng)目與以前試點(diǎn)及小型獨(dú)立項(xiàng)目之間的一項(xiàng)關(guān)鍵區(qū)別。在此背景下，通過排放源集群和基礎(chǔ)設(shè)施共享，可明顯降低成本，帶來規(guī)模效益。

激發(fā)經(jīng)營主體主動(dòng)作為，政策引導(dǎo)也很關(guān)鍵。專家建議，應(yīng)加強(qiáng)相關(guān)配套政策支持，搭建系統(tǒng)化政策框架體系，形成積極穩(wěn)定的政策預(yù)期，對(duì)捕集和封存的二氧化碳按照單位減排量給予企業(yè)相應(yīng)補(bǔ)貼或稅收抵免。