把二氧化碳“埋”在地下

為應對氣候變化，我國提出“二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現碳中和”等承諾?！半p碳”目標下，作為可以實現化石能源大規模低碳利用的重要技術途徑，碳捕集、利用和封存技術成為當下研究熱點。

在自然資源部中國地質調查局的推動下，我國二氧化碳地質封存技術研究與工程示范已取得初步進展，如今正在加快研究步伐，力爭為我國實現碳中和作出更大貢獻。記者近日走訪了我國二氧化碳捕集利用與封存（CCUS）產業技術創新戰略聯盟理事單位——中國地質調查局水文地質環境地質調查中心的相關負責人和專家。

我國二氧化碳地質封存潛力大，深部咸水層是主力儲存空間

水環地調中心專家介紹，二氧化碳地質封存，是指通過工程技術手段將從碳排放工業源捕集的二氧化碳直接注入至地下800~3500米深度范圍內的地質構造中，通過一系列的巖石物理束縛、溶解和礦化作用而將二氧化碳封存在地質體中?？捎糜诜獯娑趸嫉牡刭|體有陸上咸水層、海底咸水層、枯竭油氣田等。

當前，全球二氧化碳地質利用與封存技術以二氧化碳驅油和深部咸水層地質封存最為成熟，驅油工程已安全投入商業運營近50年。截至2020年底，全球目前共有26個正在運行的商業項目，合計捕集二氧化碳規模約4000萬噸/年。就深部咸水層儲集介質來看，截至2020年底，全球擬建和在建的地質封存項目超過了12個，且正在逐步從小規模示范向大規模集成過渡。中國地質調查局水文地質環境地質調查中心主任文冬光介紹，我國二氧化碳地質儲存研究始于上世紀70年代。2009年，原國土資源部將二氧化碳地質儲存調查評價納入《地質礦產保障工程實施方案（2010-2020）》地質基礎支撐計劃內的全球變化調查監測與評價和地下空間資源調查后，中國地質調查局先后啟動了我國二氧化碳地質儲存關鍵技術研究、全國二氧化碳地質儲存潛力評價與示范工程、二氧化碳地質儲存調查與資源化利用、準噶爾等盆地二氧化碳地質儲存綜合地質調查等項目，由水環地調中心組織實施?！笆濉逼陂g，該中心與國家能源集團神華煤制油化工有限公司合作，建成了我國首個30萬噸級深部咸水層二氧化碳地質儲存示范工程；2018年，與新疆油田合作，在準東彩南油田近枯竭油田實施了二氧化碳強化深部咸水開采與封存先導性現場試驗?；谡{查和研究成果，由水環地調中心主編的《中國及毗鄰海域主要沉積盆地二氧化碳地質儲存適宜性評價圖（1∶500萬）》，于2018年正式出版。這是第一幅展示我國二氧化碳地質儲存綜合適宜條件的專業性圖件。該圖顯示，我國深部咸水層二氧化碳地質儲存潛力巨大，占總潛力的90%以上，遠遠超過油田、天然氣田和煤層氣田，是我國未來實現規?；趸嫉刭|儲存的主力儲存空間。其中，我國陸域塔里木、鄂爾多斯、松遼等13個大中型盆地，以及海域東海陸架/渤海、珠江口等16個大中型沉積盆地，儲存潛力大，儲蓋層條件相對較好。

二氧化碳地質封存示范工程的實施，驗證了技術的可行性和地質安全性

瞄準深部咸水層這一主力儲存空間，水環地調中心研究團隊開展了對二氧化碳地質儲存從基礎理論、場地勘查技術方法到完井技術與灌注試驗、安全與環境風險評價，直至后期環境監測的全過程研究，攻克了一系列技術難題。比如：提出了綜合咸水層地質條件、儲存量、勘探成本的地球物理圈閉識別與評價體系，以及二氧化碳地質封存潛力評價有效系數取值評估準則；創新了深部咸水層二氧化碳地質儲存工程完井與灌注試驗技術等。

水環地調中心與國家能源集團神華煤制油化工有限公司合作，在內蒙古鄂爾多斯市伊金霍洛旗實施了我國首個二氧化碳捕集、運輸與深部地質封存全流程示范工程。其中，水環地調中心主導完成了示范工程封存場地的調查勘查，并組織實施了一口監測井，建立了“大氣—地表—地下”立體化監測系統。該示范工程于2011年5月9日開始實施二氧化碳灌注實驗，截至2015年4月實現累計注入二氧化碳30.2萬噸。持續監測結果表明，示范工程場地未出現二氧化碳泄漏。該工程的實施，初步形成了10萬噸/年二氧化碳地質封存技術體系，同時為每年百萬噸級規?；獯婀こ毯彤a業化實施儲備了一批關鍵技術。

鄂爾多斯二氧化碳地質儲存示范工程立體化監測技術體系

準噶爾盆地賦存豐富的油氣資源，同時也蘊藏著豐富的煤層氣和頁巖氣資源，為在該區開展二氧化碳地質儲存與工程示范提供了有利條件。結合準東地區低碳減排及對水資源的強烈需求，以及該區二氧化碳捕集、利用與儲存較好發展前景，水環地調中心與中石油新疆油田分公司合作，通過調查研究，選定彩南油田作為實施二氧化碳強化深部咸水開采與儲存先導性試驗示范場地。

2018年6月，從克拉瑪依敦華公司捕集的二氧化碳，用槽車沿沙漠公路運至彩南油田。一場二氧化碳驅水與地質儲存一體化的先導性試驗準備就緒。試驗井組由一眼注入井、3眼一線監測井、6眼二線監測井組成。從2018年6月29日16時30分，試驗開始注入二氧化碳，至2018年7月16日22時結束注入，累計注入二氧化碳1010噸。整個試驗過程在保持一定注入速度和注入壓力下平穩進行，現場監測結果顯示，二氧化碳在地下儲層中運移規律與預期較吻合，地表沒有發現氣態二氧化碳泄漏。由此可見，二氧化碳驅水封存技術是可行的，也是可以安全實施的。

這次試驗，只是揭開了準噶爾盆地二氧化碳地質儲存潛力的冰山一角。評估結果表明，通過咸水層二氧化碳地質儲存或二氧化碳驅水技術，準噶爾盆地可實現二氧化碳的地質儲存量達480×108～1640×108噸。而且，準噶爾盆地源匯匹配情況較好。尤其是，準東五彩灣工業園區的排放源附近有成片連接的咸水層儲存場地，不僅有適宜性很好的咸水層，同時也是多個大型油田的所在地，是進行二氧化碳驅替咸水或二氧化碳驅替石油利用的良好場地。

開展二氧化碳地質封存環境風險監測研究，取得一系列科技創新成果

把二氧化碳“埋”在地下，保障地質封存工程的安全性至關重要。

存入地下的二氧化碳氣體，一方面由于其自身具有較強的穿透性，另一方面由于地下儲存空間不可預知的裂隙或隱伏斷裂等地質構造的原因，都可能造成二氧化碳的泄漏。在陸地上儲存二氧化碳時，最可能發生的問題是二氧化碳泄漏進入地下水補給層，即使是少量的泄漏，也可能造成飲用地下水質量的明顯下降。一旦二氧化碳突破水力圈閉，將會向上進入淺層土壤，從而改變土壤物化性質，影響土壤生物，進而進入包氣帶和大氣環境中，連鎖影響生態系統和人群健康。

“為保障二氧化碳地質封存工程的安全性，必須合理選擇工程場地，提高施工質量，并加強對封存全過程的監測?！睂＜覐娬{。而我國以陸相沉積為主要特征的沉積盆地復雜區域地質條件，使得二氧化碳地質儲存相對于國外已有工程面臨更大的挑戰。

正是認識到這一點，除了在二氧化碳地質儲存場地選址階段進行詳細調查和綜合評價，水環地調中心的研究團隊還創新開展了二氧化碳地質儲存的環境風險監測研究，確定了二氧化碳地質儲存蓋層力學作用機制，提出了蓋層力學穩定性標準，以指導儲存場地的選址及工程注入壓力設計，并闡釋了二氧化碳一旦泄漏可能對地下水和地表生態環境的影響機理。

此外，該團隊研發的二氧化碳遷移轉化數值模擬系統，達到國際先進水平，可滿足二氧化碳地質儲存儲層建模、評價預測等技術需求；研發了深層pH值原位監測系統，填補了國內pH值深層原位監測技術空白，可滿足1500米以深的監測技術要求。水環地調中心還在陜西西安建設了人工控制二氧化碳泄漏環境影響及監測試驗場地，在青海平安建設了天然二氧化碳泄漏環境影響及監測野外科研觀測基地，基于人工模擬試驗與天然二氧化碳泄漏環境影響觀測，建立了二氧化碳地質封存對大氣、土壤、水、生態系統等環境影響評價方法與指標體系，以及監測技術方法，為生態環境部制定《二氧化碳捕集、利用與封存環境風險評估技術指南（試行）》提供了支撐。

我國二氧化碳地質封存技術還處于示范階段，亟待深入研究

當前，我國距離實現碳達峰目標已不足10年，從碳達峰到實現碳中和目標也僅有30年，與發達國家相比，我國實現碳達峰、碳中和遠景目標時間更緊、困難更多，任務異常艱巨。當前，在我國以煤為主的能源消耗結構短期內難以改變的形勢下，開展二氧化碳地質儲存是實現我國碳減排承諾的一項有效措施。近年來，我國二氧化碳地質儲存在區域調查評價、關鍵技術研究和工程示范等領域有了較快的發展，二氧化碳地質利用與儲存技術漸成體系，但總體上仍處于示范研究階段，繼續開展二氧化碳地質儲存調查評價、技術方法創新，不斷加大研究深度，對我國規劃、實施碳捕集、利用與儲存具有重要意義。

為支撐我國實現碳中和目標，“十四五”期間，水環地調中心將進一步聚焦重大需求，在鄂爾多斯盆地、東北地區等地的國家級能源基地，以及京津冀、長三角、粵港澳大灣區等高碳排放源集中區，開展區域二氧化碳地質封存潛力評價與封存場地調查。同時，創新合作機制，實施二氧化碳地質封存示范工程，研發關鍵技術，形成潛力評價、調查選址等技術標準；統籌考慮地下多種資源空間疊置及相互影響等因素，探索提出地下空間利用與國土空間規劃管理的建議。