中国在海底建了一座“宝库”，到底是为了什么？

二氧化碳

每一口呼吸都会产生的气体

植物光合作用的物质源泉

如今

它却成了“洪水猛兽”

工业文明以来的200多年里

人类大规模使用 煤炭、石油和天然气

过量排放温室气体

导致大气中二氧化碳浓度越来越高

地球变得越来越热

全球气候变暖

南极半岛和北冰洋的冰架垮塌、消融

是因为二氧化碳  

极端气候事件频发

强降水、高温热浪、干旱和海洋巨浪

也是因为二氧化碳  

似乎一切祸起二氧化碳

多年来

为降低空气中二氧化碳的浓度

科学家绞尽脑汁

想出千奇百怪的办法

但不外乎两类

减少 碳的 排放量 ， 增加 碳的 消耗量

过去相当长的时间里

人们将工作重心放在“降低碳排放”上

认为化石燃料是二氧化碳排放的元凶

必须用新能源替代化石能源

现实却没那么简单

煤炭和石油

人类工业文明最为倚重的两大能源

过去是，现在也是  

作为工业的粮食和血液

石油、煤炭“统治”世界已有数个世纪

直到现在

煤炭全球年消费量超80亿吨

支撑起全球一次能源消费的约27%

石油全球日均消费近1亿桶

灌满整个西湖还有富余

推进能源转型任重道远

要减缓全球气候变暖问题

还需在二氧化碳身上另做文章

在紧迫的减碳目标下

人们越来越重视“碳吸收和利用”

以寻求碳排放和碳消耗的平衡  

于是 一个全球性概念——

“碳中和” 横空出世

采取措施让吸收的碳抵消排放的碳

达到相对“零排放”  

截至2021年年底

全球已有136个国家提出“碳中和”承诺

目前

世界上所有碳去除手段里面

最常见的一种就是植树造林

通过光合作用

吸收化石能源产生的二氧化碳

然而

政府间气候变化专门委员会预计

全球植树造林

未来每年可多吸收36亿吨的二氧化碳

仅相当于全球碳排放量的1/10

为将其余碳排放吸收掉

人类开始转向“零碳”技术

针对发电、炼钢等化石能源消耗大户

捕获其产生的二氧化碳

储存起来或者加以利用

使其不能直接进入大气循环

即二氧化碳捕集利用与封存（CCUS）技术

理论上说

有了CCUS技术

化石能源也能成为“零碳”能源  

国际能源署可持续发展情景的目标

是全球于2070年实现净零排放

其中 CCUS是重要技术手段

将贡献全球累计减排量的 15%

作为碳中和不可或缺的减排技术

从1972年第一个CCUS设施投运至今

CCUS已成为

各国 在绿色技术领域竞争的重点

为了给捕获的二氧化碳找个好去处

目前全球大多数CCUS是在陆上进行的

也就是将二氧化碳

封存在陆地地底深处

其中 二氧化碳驱油 和 地质封存

应用最广泛

二氧化碳驱油应用于低渗透油藏开发

在驱油增产的同时可实现碳埋藏与封存

封存量相对小、时间短

陆上地质封存则简单直接

将捕获的二氧化碳注入地下

800~3500米深度范围内的地质构造内

通过致密盖层来抑制二氧化碳逃逸

通过束缚、溶解和矿化作用

实现永久封存二氧化碳

近几年

人们开始关注海洋碳封存的巨大潜力

中国地质调查局发布的

海域二氧化碳地质封存潜力评价结果显示

我国海域18个主要沉积盆地

地壳稳定、沉积盆地分布广、地层厚度大

二氧化碳地质封存潜力达 2.58万亿吨

足够为数十年乃至数百年的排放

提供封存空间

作为陆地地质结构的延伸

二氧化碳地质封存同样适用于海底

海洋碳封存

甚至还有些陆地上不具备的优势

2021年8月28日

中国海油针对高含二氧化碳的恩平15-1油田

启动了我国首个

海上二氧化碳封存示范工程项目

在开采原油的过程中

捕捉分离油田伴生的二氧化碳

回注到约800米深处的咸水层中封存

该项目将累计封存二氧化碳

超150万吨

相当于植树近1400万棵

海底地质碳封存听起来

就是简单的从陆上搬到海上

背后则是 地质油藏、钻采、工程建设

等技术的完美结合

在茫茫海底筛选出适合碳封存的咸水层

需要扎实的海洋地质数据

从深度、储集性能、封闭性、库容量等多维度 评估咸水层注入封存二氧化碳的可行性

确定了适合碳封存的构造后

难题才刚刚开始

由于各种限制因素

对于CO 2 回注通道的钻井

工程师们无法照搬油井钻完井技术

问题主要源于CO 2 的特殊性

①  CO 2 是酸性气体

会将井筒水泥环中低孔隙的纤维状Ca(OH)（ 2 氢氧化钙）转变成胶结能力弱和孔隙度高的CaCO 3 （ 碳酸钙）

造成井筒腐蚀、埋存泄漏

②  海底碳封存选址埋深超600m

CO 2 将 进入超临界状态

其对固井水泥石的腐蚀特性

我们尚缺乏足够认识

③  CO 2 回注井埋深浅

地层承压能力差、井壁稳定性不足

为了防止地层漏失

无法直接采用国内现有密度大的固井水泥浆

基于以上种种

中国海油自主研发低温流变性稳定钻井液

低密度、耐超临界CO 2 腐蚀的水泥浆

形成海上碳回注、封存的 钻完井技术体系

顺利钻出CO 2 回注的“专用通道”

海面之上

限制条件比陆地更加严苛

受制于海上操作空间、平台承载能力

以及海洋高湿高盐的环境

常规适用于陆上的碳捕集及回注封存装置

同样无法照搬到海上

根据现有工程实例

CO 2 回注多采用干气回注方案

也就是对捕获分离的CO 2 脱水干燥

最后压缩CO 2 注入地层

所有这些用到的大型设备都需要集成到

空间极其有限的海上平台

如是

中国海油采用海上平台

特有的模块化和成橇布置方式

研制了首套复合材料CO 2 分子筛脱水橇

中国海油还平衡压缩机的级数与体积

研制出适用于海洋高湿高盐环境的

首套超临界大分子压缩机

2022年6月15日

我国首个 海上碳封存示范工程项目

完成全部设备的制造和安装

总重约750吨的海上二氧化碳封存模块

全部集成到恩平15-1中心平台

超临界大分子压缩机镶嵌在平台上层甲板船尾处，复合材料二氧化碳分子筛镶嵌在中层甲板船尾处。

2023年6月1日

在南海东部油田恩平15-1平台

随着二氧化碳回注井

“采油树”主阀和翼阀依次打开

油田开发伴生的二氧化碳

被捕获、分离、加压至

气液混合的超临界状态

回注至距平台3公里远、

约800米地下的“穹顶”式构造中

实现长期稳定封存

这是我国海上二氧化碳封存领域

从无到有的重要突破

为我国“双碳”目标的实现探出新路

不过

这还不是终点

只是海底碳“宝库”发挥作用的起点

比起电力、钢铁、水泥和交通运输行业

排放的二氧化碳

油田开发伴生的 二氧化 碳 不值一提

而这些主力碳排放源

无一例外集中在陆地上

在我国

南部及沿海地区是 二氧化 碳 排放大户

可这些地区陆域沉积盆地面积小、分布零散

陆上几乎没有适宜封存的场地

讲到这里

你大概也会想到

能否把陆上产生的 二氧化 碳 收集起来

再注入到海底呢？

没错

这恐怕就是海洋碳封存的终极奥义

捕集陆上排放的 二氧化 碳

通过罐车、管道、船舶等方式

输送到海洋中加以利用或封存

也就是“岸碳入海”  

如今

我国首个海上碳封存示范工程项目的成功

为岸碳入海奠定了技术支撑  

以此为基础

中国海油已在广东惠州启动

我国首个千万吨级碳捕集与封存集群项目

未来将捕集大亚湾区各企业排放的 二氧化 碳

输送到珠江口盆地海域进行封存

中科院地质调查报告显示

我国南海珠江口盆地

具备规模化碳封存的地质条件

规模潜力超过3080亿吨

可为整个粤港澳大湾区提供快速降碳的方案

当然

实现“双碳”目标是一个系统性工程

不能单靠某一种技术或方法

迎接全球气候挑战

呵护好我们的地球家园

离不开节能减排、植树造林、海陆碳封存

更离不开每一个人的努力

注：数据综合自IPCC、NASA、Bereiter 《bp能源统计年鉴》2021、2022版等