二氧化碳捕集与封存——历史与未来之路丨Engineering
二氧化碳捕集与封存——历史与未来之路丨Engineering
engineering2015
《Engineering》是中国工程院院刊主刊，2015年创刊，中英文双语出版，全文开放获取，目标是建设世界一流工程科技综合性权威期刊，报道全球工程前沿，促进工程科技进步，服务社会、造福人类。
二氧化碳捕集与封存（CCS）的大规模部署在全球实现净零排放的道路中显得越发紧迫，但CCS的全球部署显著落后于预期。回顾和学习先进国家CCS项目成功的实践与历史，研究不同CCS项目的技术创新以及科学研究成果与认识，有助于包括中国在内的国家采取科学的方法来推动与部署CCS项目。
在CCS关键技术研发与示范中， 西北大学的马劲风教授研究团队认为先进国家CCS科技基础研究设施的建立，成为其CCS技术源头创新、成本降低、风险降低、商业化推广及人才培养的源泉 。因此在分析对比国际CCS科技基础研究设施特点的基础上，重点分析了加拿大Weyburn-Midale项目从高浓度世界最大规模煤化工CO 2 捕集，到低浓度世界最大燃煤电厂年百万吨CO 2 捕集的实施历程与技术创新（图1）。
图1. 科学研究设施的建立和扎实的科学研究奠定了Weyburn-Midale项目成功的基础。
Weyburn-Midale项目建立了世界最大的CO 2 地质封存科学试验场，开展了持续12年的地质封存安全性与封存量的观测、监测与证实（MMV）试验。特别是项目研发的多次四维地震监测技术，确定了不同注入阶段CO 2 在地下的成像，在证明CO 2 在地下赋存状态与安全性的同时，也证明了CO 2 驱油的效果与波及范围。CO 2 的地下监测成像支撑了CO 2 驱油生产方案的调整，使得这个自1955年就开发的油田保持稳产增产。在没有政府激励政策的情况下，Weyburn-Midale项目从2000年10月开始以每年200万吨的规模注入CO 2 ，到2021年累积封存超过3500万吨CO 2 ，企业持续保持盈利，并成为负排放企业。
加拿大萨斯喀彻温省SaskPower边界坝电厂百万吨级CO 2 捕集设施运行的实践也表明，降低低浓度CO 2 捕集的能耗、减小化学吸收剂的衰竭、提高燃烧后CO 2 捕集系统的运行效率和稳定性成为制约大规模CCS部署的关键。
解决大规模捕集CO 2 归宿的驱动力是大规模CO 2 地质封存，这也是CCS项目的最终目标。西北大学的马劲风教授研究团队分析了CO 2 地质封存的安全性与风险监控，断层活化和盖层突破、观测、监测与证实（MMV）的科学与技术问题现状。其中如何进行现场级的CO 2 地质封存观测、监测与证实（MMV）的一系列技术方法研发，进而评估地下封存风险和封存量，并确保地下长期封存的安全性，是地质封存面临的最关键科学与技术问题。
西北大学的马劲风教授研究团队认为，先进国家建设的CCS科技基础研究设施，对于CCS基础科学问题的理解、降低全流程CCS技术环节的成本、长期地质封存的安全性监测、先进技术研发和进一步的商业化推广示范以及人才培养起到至关重要的推动作用。虽然先进国家的CCS研究与知识共享，有助于加速CCS在其他国家降低成本、降低风险与商业化布局，但是地质条件的复杂性使得许多技术难以直接复制和取得应有的效果，比如中国的CO 2 强化驱油（EOR）并未取得像北美国家那样高和稳定的驱油效果。对注入地下的CO 2 封存状态、运聚规律、安全性等科学问题研究和认识的不足制约了CO 2 -EOR与封存的规模化发展。如果缺乏CCS科学研究设施的研究与技术支撑，即便开展大规模CCS项目的建设，也难以持续运行且不能达到大规模、快速减排的目标。咸水层CO 2 封存可以更好地耦合多种碳排放源，是目前需要优先发展的方向。
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原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2095809922001357
以上内容来自： Jinfeng Ma, Lin Li, Haofan Wang, Yi Du, Junjie Ma, Xiaoli Zhang, Zhenliang Wang, Engineering (2022).
DOI: https://doi.org/10.1016/j.eng.2021.11.024.
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