把二氧化碳關(guān)進(jìn)海底

我們的每一口呼吸、植物的光合作用，都與二氧化碳有關(guān)。它可以運(yùn)用于制冷劑制造、食品保存、滅火及煙霧效果制造等，但它也是溫室氣體的主要成員，

能導(dǎo)致地面升溫，這已是大家的共識(shí)。

為什么要封存二氧化碳？

隨著人類活動(dòng)加劇，工業(yè)化程度不斷提高，化石燃料消耗日益增多，人為原因的二氧化碳排放量越來越大。工業(yè)革命前，大氣中二氧化碳濃度約為280ppm；2022年5月，美國(guó)國(guó)家海洋和大氣管理局及斯克里普斯海洋學(xué)研究所測(cè)得大氣中二氧化碳濃度超過420ppm，比工業(yè)化前水平高50%以上。

空氣中不斷增加的二氧化碳，一方面改變了現(xiàn)代大氣的組成，由于其溫室效應(yīng)造成海冰融化、海洋變暖和海平面上升，造成全球大氣環(huán)流調(diào)整和氣候帶向極地?cái)U(kuò)展，引起氣候變化和一些極端天氣的出現(xiàn)。另一方面，海水溶解大氣二氧化碳，二氧化碳與水反應(yīng)形成碳酸，導(dǎo)致海洋pH值降低，海水不斷酸化，破壞海洋生態(tài)系統(tǒng)中的碳酸鹽平衡，導(dǎo)致珊瑚生長(zhǎng)緩慢或者珊瑚礁溶解。

科學(xué)家的研究證明二氧化碳是導(dǎo)致全球氣溫升高和氣候變化的主要因素之一，控制二氧化碳排放、降低大氣中二氧化碳含量成了人類維護(hù)城市生命線系統(tǒng)運(yùn)行、保證人居環(huán)境質(zhì)量、保障居民生命財(cái)產(chǎn)安全和生態(tài)安全的至關(guān)重要的措施。

海上二氧化碳地質(zhì)封存是二氧化碳捕集、利用封存的一種，是一項(xiàng)應(yīng)對(duì)氣候變化的重要舉措。把通過各種途徑捕集的二氧化碳，加壓并運(yùn)輸至海上二氧化碳封存平臺(tái)，進(jìn)而注入海底合適的地層中，從而實(shí)現(xiàn)二氧化碳與大氣、海水永久隔離，同時(shí)在此過程中盡可能產(chǎn)生一些附加值。

什么是海上二氧化碳地質(zhì)封存？

海洋是地球上最大的活躍碳庫(kù)，海洋負(fù)排放（即海洋對(duì)大氣二氧化碳的吸收和封存）潛力巨大。

作為一個(gè)擁有300萬(wàn)平方千米海洋國(guó)土的大國(guó)，我國(guó)學(xué)者對(duì)海洋碳達(dá)峰、碳中和進(jìn)行了大量研究，包括海上風(fēng)電、藍(lán)碳生態(tài)系統(tǒng)（如紅樹林、鹽沼、海草等）、“蠣礁藻林”為代表的海洋牧場(chǎng)、“岸碳入海”為代表的海上二氧化碳回注封存等。

二氧化碳地質(zhì)封存是全球碳負(fù)排放的重要選項(xiàng)之一，海上二氧化碳地質(zhì)封存是其重要組成部分，主要是利用海底各種天然地質(zhì)結(jié)構(gòu)儲(chǔ)存二氧化碳，包括海底咸水層封存、油氣儲(chǔ)層封存、海底玄武層封存等。

海上二氧化碳地質(zhì)封存是二氧化碳捕集、利用封存的一種，是一項(xiàng)應(yīng)對(duì)氣候變化的重要舉措。把通過各種途徑捕集的二氧化碳，加壓并運(yùn)輸至海上二氧化碳封存平臺(tái)，進(jìn)而注入海底合適的地層中，從而實(shí)現(xiàn)二氧化碳與大氣、海水永久隔離，同時(shí)在此過程中盡可能產(chǎn)生一些附加值。

海底咸水層封存和油氣儲(chǔ)層封存都是將二氧化碳通過海上注入平臺(tái)充注到海底的深層地質(zhì)結(jié)構(gòu)體中，其中海底咸水層中主要是咸水，油氣儲(chǔ)層則是枯竭油氣藏或者在開采的油氣藏（即地球上存儲(chǔ)著石油和天然氣的地層結(jié)構(gòu)）。

注入地質(zhì)結(jié)構(gòu)中的二氧化碳由于周圍巖石具有二氧化碳的低滲透性，導(dǎo)致二氧化碳通過深海地層封閉、溶解、束縛、吸附、礦化等過程而被永久捕獲，從而達(dá)到封存目的。

海底玄武巖封存主要依托海底玄武層富含的二價(jià)金屬離子與二氧化碳的高反應(yīng)性，一部分注入的二氧化碳會(huì)生成次生碳酸鹽礦物而留存下來，一部分二氧化碳填充玄武巖上部的多孔帶中孔隙并被低滲透地層封閉而儲(chǔ)存下來。

在這幾種封存方式中，海洋水體封存的二氧化碳會(huì)由于洋流和海域局部二氧化碳過飽和形成的濃度差，導(dǎo)致二氧化碳通過海水緩慢釋放到大氣中，而通過海上地質(zhì)封存的二氧化碳則基本不會(huì)。

海上封存的優(yōu)勢(shì)

選擇海上進(jìn)行地質(zhì)封存，主要考慮經(jīng)濟(jì)效益及對(duì)封存地周邊的環(huán)境影響。

我國(guó)沿海地區(qū)分布了大量距海岸線在50千米范圍內(nèi)的工業(yè)園區(qū)。這些區(qū)域工業(yè)和農(nóng)業(yè)占地廣闊，人口眾多且分布密集，陸上地質(zhì)封存空間十分有限，尤其是廣東和福建等東南沿海省份，其陸上潛在封存空間預(yù)估不超過1×108噸。

不論是通過汽車運(yùn)輸還是管道運(yùn)輸，超長(zhǎng)的運(yùn)輸距離都將大幅增加CO2的運(yùn)輸成本、土地使用成本和潛在的陸上安全風(fēng)險(xiǎn)，因此只能就近尋找封存區(qū)域。

2010年，中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局組織實(shí)施“全國(guó)二氧化碳地質(zhì)封存潛力評(píng)價(jià)與示范性工程”，顯示我國(guó)海域主要沉積盆地級(jí)（評(píng)價(jià)到一級(jí)構(gòu)造單元）二氧化碳總封存潛力可達(dá)1.5萬(wàn)億噸，有著十分豐富的海底地質(zhì)咸水層和油氣儲(chǔ)層空間，完全可以滿足我國(guó)沿海地區(qū)的碳封存需求。

此外，相較于陸地封存，海上二氧化碳封存具有不占用土地、不影響地下水資源、遠(yuǎn)離居民區(qū)等優(yōu)點(diǎn)，且除巖石蓋層外，表層還有海水的壓力和阻隔，因此封存的風(fēng)險(xiǎn)性大幅降低。

海上封存的弊端

不過，海上二氧化碳地質(zhì)封存也有一些潛在的弊端和負(fù)面影響。首先，原本海底地層沒有過多的二氧化碳，存在一種天然平衡，不斷注入二氧化碳可能會(huì)導(dǎo)致地層內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，打破這種平衡。

其次，海上二氧化碳地質(zhì)封存存在二氧化碳泄漏的風(fēng)險(xiǎn)，這些風(fēng)險(xiǎn)伴隨整個(gè)地質(zhì)封存工程和封存地質(zhì)體的生命周期，涵括了汽車運(yùn)輸、管道運(yùn)輸、海底地質(zhì)活動(dòng)等風(fēng)險(xiǎn)，最惡劣的情況就是整個(gè)地質(zhì)體中封存的二氧化碳又重新完全釋放出來，釋放的二氧化碳會(huì)與周圍的沉積物、海水發(fā)生反應(yīng)，引起海洋酸化和碳酸鹽體系急劇波動(dòng)，危害海洋生態(tài)系統(tǒng)。

再次，海洋中本來沒有二氧化碳地質(zhì)封存的設(shè)備和建筑物，突然增加的建筑物和人類生活活動(dòng)，肯定會(huì)對(duì)海洋生態(tài)環(huán)境造成一定影響。

◎來源|廣東科普微信公眾號(hào)