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中國作為全球氣候治理的積極參與者、構(gòu)建人類命運(yùn)共同體的首倡者和先行者，提出了“二氧化碳排放力爭于2030年前達(dá)到峰值，努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和”的目標(biāo)承諾。二氧化碳（CO2）作為大氣中最主要的溫室氣體之一，一直備受關(guān)注，各類控制方法層出不窮，二氧化碳地質(zhì)封存就是其中一種。
從哪兒來，回哪兒去
大氣中的溫室氣體主要有二氧化碳、甲烷（CH4）、一氧化二氮（N2O）、氯氟碳化合物（CFCs）及臭氧（O3）等。簡單來說，溫室效應(yīng)就是溫室氣體吸收地球表面釋放的長波輻射熱量，讓地球表面的大氣溫度升高。其實，這種最原始的溫室效應(yīng)早就存在，它對人類發(fā)展也有重要意義——若不存在，地球上的季節(jié)和晝夜溫差會很大，不適宜人類生存。但工業(yè)革命后，人類活動釋放出大量溫室氣體，溫室效應(yīng)日益增強(qiáng)，導(dǎo)致出現(xiàn)一系列現(xiàn)在科學(xué)不可預(yù)測的全球性氣候問題。
由此，針對大氣中最主要的溫室氣體——二氧化碳，一種名為二氧化碳地質(zhì)封存的方法被提出：既然人類排放的二氧化碳大部分由地下埋藏的化石能源釋放，那為什么不再將其埋回地下？
封碳，方法不唯一
二氧化碳地質(zhì)封存，是指通過工程技術(shù)手段，將工業(yè)源排放的二氧化碳捕集后，注入地下800~3500米深度范圍內(nèi)的陸上深部咸水層、枯竭油氣藏、不可開采煤層、海底咸水層等地質(zhì)構(gòu)造中，再通過一系列的巖石物理束縛、溶解和礦化作用將其封存在地質(zhì)體內(nèi)。其中，陸上深部咸水層碳封存和枯竭油氣藏碳封存技術(shù)現(xiàn)在最為成熟。
陸上深部咸水層碳封存：占據(jù)主導(dǎo)
陸上深部咸水層因具有分布廣泛、儲存量大等特點(diǎn)被視為二氧化碳長期封存的最優(yōu)場地。
為什么會選擇深部咸水層呢？深部咸水多為礦化度較高的咸水，很難開采利用。而且，其中大量的鈣離子（Ca2+）、鎂離子（Mg2+）等可以與二氧化碳反應(yīng)形成碳酸鈣（CaCO3）、碳酸鎂（MgCO3）等物質(zhì)，這些正是自然界一些巖石的主要成分。也就是說，深部咸水層將參與反應(yīng)的二氧化碳變成了堅固的巖石，即發(fā)生了礦化作用。當(dāng)然，這個過程很緩慢，甚至需要百萬年。
雖然二氧化碳能與鈣離子、鎂離子反應(yīng)，但能參與的數(shù)量有限，無法滿足全部需要。所以在深部咸水層中，二氧化碳還會被咸水層上覆的蓋層封隔、孔隙束縛，或溶于水中被封存下來。
枯竭油氣藏碳封存：省時省力
油田、天然氣田經(jīng)過一定時間的開發(fā)后，受技術(shù)與經(jīng)濟(jì)條件等的限制，剩下的油氣不能被采出，被稱為枯竭油氣藏。雖然它已失去原有價值，但卻對二氧化碳地質(zhì)封存具有很大優(yōu)勢：可充分利用已有的油氣藏勘探開發(fā)資料、井場和油井設(shè)備進(jìn)行封存，節(jié)省投資和工程時間。
二氧化碳注入枯竭油氣藏后，或溶于地層流體、成石固化，或被地層構(gòu)造圈閉捕獲，實現(xiàn)地質(zhì)封存。
不可開采煤層碳封存：受“偏愛”的CO2
這個方法與枯竭油氣藏碳封存有相似之處。在煤系地層中，普遍存在著因技術(shù)或經(jīng)濟(jì)原因而棄采的煤層，這也是儲存二氧化碳的一個潛在地質(zhì)場所。
煤層通常都伴生有甲烷。因為二氧化碳在煤體表面被吸附能力是甲烷的2倍，所以當(dāng)二氧化碳被“偏愛”它的煤或有機(jī)物豐富的頁巖吸附后，就開始置換甲烷類氣體。在這種情況下，只要壓力和溫度保持穩(wěn)定，二氧化碳將長期保持被俘獲狀態(tài)，最終以吸附態(tài)、游離態(tài)賦存于煤層中。
除了以上方法，二氧化碳的玄武巖碳封存（利用玄武巖的礦化反應(yīng)封存）、海域沉積盆地碳封存（利用其咸水層封存）等技術(shù)也在不斷發(fā)展。
氣候變化關(guān)乎人民福祉和人類未來，以全球變暖為主要特征的氣候變化已成為人類社會共同面臨的最重大環(huán)境與發(fā)展挑戰(zhàn)之一。據(jù)調(diào)查，中國二氧化碳地質(zhì)封存潛力巨大，科學(xué)家們?nèi)缃裾涌煅芯坎椒?，力爭為中國實現(xiàn)碳中和作出更大貢獻(xiàn)。
作者：王堯，自然資源部國土整治中心；陳睿山，上海交通大學(xué)；姚舜禹，中煤財務(wù)有限責(zé)任公司；陳廣峰，北京市規(guī)劃和自然資源委員會。
責(zé)任編輯：胡惠雯
