把二氧化碳埋地下

王堯 姚舜禹 陳廣峰

中國作為全球氣候治理的積極參與者、構建人類命運共同體的首倡者和先行者，提出了“二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現碳中和”的目標承諾。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注，各類控制方法層出不窮，二氧化碳地質封存就是其中一種。

從哪兒來，回哪兒去

大氣中的溫室氣體主要有二氧化碳（CO2）、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早就存在，它對人類發展也有重要意義——若不存在，地球上的季節和晝夜溫差會很大，不適宜人類生存。但工業革命后，人類活動釋放出大量溫室氣體，溫室效應日益增強，導致出現一系列現在科學不可預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？

?化石燃料燃燒是二氧化碳人為排放的主要來源之一

封碳，方法不唯一

二氧化碳地質封存，是指通過工程技術手段，將工業源排放的二氧化碳捕集后，注入地下800～3500米深度范圍內的陸上深部咸水層、枯竭油氣藏、不可開采煤層、海底咸水層等地質構造中，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體內。其中，陸上深部咸水層碳封存和枯竭油氣藏碳封存技術現在最為成熟。

陸上深部咸水層碳封存：占據主導

陸上深部咸水層因具有分布廣泛、儲存量大等特點被視為二氧化碳長期封存的最優場地。

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形成碳酸鈣（CaCO3）、碳酸鎂（MgCO3）等物質，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的二氧化碳變成了堅固的巖石，即發生了礦化作用。當然，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，但能參與的數量有限，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。

?二氧化碳地質封存的主要方法示意圖（繪圖/魏欣）

枯竭油氣藏碳封存：省時省力

油田、天然氣田經過一定時間的開發后，受技術與經濟條件等的限制，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封存具有很大優勢：可充分利用已有的油氣藏勘探開發資料、井場和油井設備進行封存，節省投資和工程時間。

二氧化碳注入枯竭油氣藏后，或溶于地層流體、成石固化，或被地層構造圈閉捕獲，實現地質封存。

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，普遍存在著因技術或經濟原因而棄采的煤層，這也是儲存二氧化碳的一個潛在地質場所。

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，所以當二氧化碳被“偏愛”它的煤或有機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定，二氧化碳將長期保持被俘獲狀態，最終以吸附態、游離態賦存于煤層中。

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封存）、海域沉積盆地碳封存（利用其咸水層封存）等技術也在不斷發展。

氣候變化關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境與發展挑戰之一。據調查，中國二氧化碳地質封存潛力巨大，科學家們如今正加快研究步伐，力爭為中國實現碳中和作出更大貢獻。