地下封存碳蹤跡 創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)碳中和

全球變暖警鐘長(zhǎng)鳴，二氧化碳過(guò)量排放導(dǎo)致環(huán)境問(wèn)題日益凸顯，冰川消融、降雨線變遷、極端氣候頻發(fā)、海平面上升的危機(jī)步步緊逼，對(duì)人類的可持續(xù)發(fā)展構(gòu)成了深遠(yuǎn)威脅。當(dāng)人類文明在工業(yè)化的高速路上疾馳，巨量二氧化碳（ CO₂） 的排放成為懸在可持續(xù)發(fā)展頭頂?shù)倪_(dá)摩克里斯之劍。在此背景下，中國(guó)提出“雙碳”（“碳中和\"和“碳達(dá)峰”）目標(biāo)，一場(chǎng)關(guān)乎文明存續(xù)的減排與產(chǎn)業(yè)升級(jí)戰(zhàn)役已然打響。而在這場(chǎng)戰(zhàn)役的科技前沿，二氧化碳捕集與地質(zhì)封存（ CO₂ Capture，Utilization，andgeologicalStorage，CCUS）被稱為實(shí)現(xiàn)碳中和的“托底技術(shù)”——它如同為地球構(gòu)建一座無(wú)形的碳監(jiān)獄，將工業(yè)排放的 CO₂ 永久囚深處。

中國(guó)科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所魏寧研究員，正是這一領(lǐng)域的執(zhí)劍破局先鋒。他長(zhǎng)期扎根于巖土材料多相滲流機(jī)理與 CO₂ 地質(zhì)封存領(lǐng)域（ CO₂ GeologicalStorage），深耕巖土材料多相滲流機(jī)理與 CO₂ 地質(zhì)封存研究近20載，從孔隙尺度多相滲流實(shí)驗(yàn)與模擬到國(guó)家尺度的減排路徑規(guī)劃，構(gòu)建起一套貫通基礎(chǔ)理論、技術(shù)裝備與工程應(yīng)用的完整體系。其研究聚焦于 CO₂ 地質(zhì)封存的多相滲流-力學(xué)-化學(xué)耦合規(guī)律、CCUS系統(tǒng)評(píng)估方法開發(fā)及關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)，在碳咸水層封存、深井監(jiān)測(cè)、多相流體取樣等領(lǐng)域形成系統(tǒng)性創(chuàng)新成果。他的科研生涯，是中國(guó)CCUS技術(shù)從跟跑到并跑的縮影，更是“雙碳戰(zhàn)略落地為科技行動(dòng)的生動(dòng)詮釋。

破題：碳鎖巖層問(wèn)前路

“任何一項(xiàng)新技術(shù)的推廣都是一場(chǎng)全面競(jìng)爭(zhēng)，唯有不懈創(chuàng)新與細(xì)節(jié)完善才可能取得勝利。”魏寧常以此言自勉。這位1978年出生于湖北當(dāng)陽(yáng)的科學(xué)家，自2001年于武漢大學(xué)巖土工程碩博連讀，到2006年獲得武漢大學(xué)巖土工程博士學(xué)位后，投身中國(guó)科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所，便一頭扎入 CO₂ 地質(zhì)封存的世界。他始終致力于在此領(lǐng)域探索與創(chuàng)新，從跟蹤國(guó)際知名學(xué)者到國(guó)內(nèi)本領(lǐng)域排頭兵，每一步都凝聚著他對(duì)科技研發(fā)的執(zhí)著追求與不懈努力。

魏寧的研究聚焦于 CO₂ 地質(zhì)封存的多相滲流-力學(xué)-化學(xué)耦合規(guī)律，旨在揭示這一復(fù)雜過(guò)程中的科學(xué)奧秘。他深知要實(shí)現(xiàn)碳中和，必須解決 CO₂ 捕集與地質(zhì)封存的核心命題——如何高效與安全地將 CO₂ 封存于地下？同時(shí)確保封存地質(zhì)體的長(zhǎng)期穩(wěn)定性與安全性。要將年百方噸級(jí)氣體注入地下，既要“注的進(jìn)、封得住”，又要控制單位成本。相較于歐美澳等國(guó)依托大型克拉通海相沉積盆地的封存條件，中國(guó)碳封存適宜場(chǎng)地以陸相碎屑巖地層為主，具顯著沉積非均質(zhì)性，且處于構(gòu)造活動(dòng)頻發(fā)區(qū)，斷裂系統(tǒng)密集發(fā)育，致使規(guī)模化封存工程面臨更復(fù)雜的地質(zhì)挑戰(zhàn)。

為此，魏寧帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)，從基礎(chǔ)理論出發(fā)，深入探索多相滲流機(jī)理，為 CO₂ 地質(zhì)封存提供了堅(jiān)實(shí)的理論支撐。魏寧的破局之道始于一套獨(dú)創(chuàng)的“多尺度評(píng)估體系”。他和團(tuán)隊(duì)開發(fā)了從孔隙-巖心-場(chǎng)地-盆地尺度的全流程分析工具，首次構(gòu)建了覆蓋企業(yè)-行業(yè)-國(guó)家層級(jí)的CCUS系統(tǒng)評(píng)估框架。這一體系整合“工程-地質(zhì)-地理-經(jīng)濟(jì)-社會(huì)-政策”多維度、多種類與多精度的大數(shù)據(jù)與相應(yīng)算法驅(qū)動(dòng)的CCUS系統(tǒng)評(píng)估框架，可實(shí)現(xiàn)基于現(xiàn)有數(shù)據(jù)的高精度評(píng)估咸水層、油田的封存潛力與成本曲線，為企業(yè)、行業(yè)等不同主體開展CCUS決策體系賦能。研究揭示：中國(guó)陸上理論與有效封存容量高達(dá)2.5/1.5萬(wàn)億噸，僅60美元/噸激勵(lì)或收益情景下，年封存潛力即達(dá)數(shù)十億噸，同時(shí)給出了不同企業(yè)開展CCUS減排的“5W2H\"答案集合。

這一方法不僅涵蓋了碳源篩選、碳封存場(chǎng)地評(píng)估與篩選、技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析、源匯匹配、集群規(guī)劃等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，還首次對(duì)中國(guó)海陸咸水層、油田、煤電、鋼鐵、水泥等關(guān)鍵行業(yè)及國(guó)能、華能、國(guó)電投、中海油等企業(yè)的CCUS潛力與未來(lái)布局進(jìn)行了深入研究。該項(xiàng)成果為我國(guó)的CCUS技術(shù)發(fā)展提供了科學(xué)的評(píng)估框架與決策依據(jù)。

在通遼200噸級(jí)咸水層封存先導(dǎo)試驗(yàn)中，魏寧團(tuán)隊(duì)的發(fā)現(xiàn)掀開了 CO₂ 地質(zhì)封存的微觀奧秘。當(dāng)含氮氧雜質(zhì)的 CO₂ 注入咸水層后，巖層中呈現(xiàn)出“多相流體多組分層分帶遷移”的獨(dú)特現(xiàn)象一氣體因密度差異自發(fā)形成垂向分離界面，這種分異規(guī)律不僅揭示了雜質(zhì)氣體的運(yùn)移特性，更為 CO₂ 監(jiān)測(cè)反演提供了關(guān)鍵基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為工業(yè)廢氣中高濃度 CO₂ 的直接封存開辟了新思路。在此基礎(chǔ)上，研究團(tuán)隊(duì)與美國(guó)太平洋西北國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（PNNL）合作改進(jìn)微觀模型試驗(yàn)平臺(tái)，通過(guò)超低流速條件下的動(dòng)態(tài)觀測(cè)，首次捕捉到 CO₂ 驅(qū)替咸水過(guò)程中的“形態(tài)過(guò)渡”“干化效應(yīng)”與“界面波動(dòng)”等新現(xiàn)象；與美國(guó)國(guó)家能源技術(shù)實(shí)驗(yàn)室（NETL）的聯(lián)合研究則發(fā)現(xiàn)，亞巖心尺度的層理結(jié)構(gòu)與孔隙網(wǎng)絡(luò)特征是控制多相流遷移路徑的核心因素。這些微觀尺度的基礎(chǔ)科學(xué)突破，如同精密齒輪般推動(dòng)著技術(shù)革新：從揭示雜質(zhì)氣體的封存規(guī)律，到優(yōu)化監(jiān)測(cè)技術(shù)體系，再到指導(dǎo)工業(yè)廢氣的直接封存工藝，最終成為推動(dòng)CCUS技術(shù)跨越式發(fā)展的關(guān)鍵支點(diǎn)。

攻堅(jiān)：萬(wàn)仞深井覓真章

理論突破的終點(diǎn)是成果落地。魏寧的科研成果，不僅體現(xiàn)在理論創(chuàng)新上，更在于實(shí)際工程中的廣泛應(yīng)用與顯著成效。迄今為止，他負(fù)責(zé)主持了多項(xiàng)科研項(xiàng)目，包括國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題、科技部國(guó)際合作專項(xiàng)、中國(guó)科學(xué)院碳中和重大咨詢項(xiàng)目等。這些項(xiàng)目不僅推動(dòng)了我國(guó)CCUS技術(shù)的快速發(fā)展，也為解決企業(yè)面臨的科學(xué)與技術(shù)難題提供了有力支持。

在支撐關(guān)鍵科技突破項(xiàng)目中，魏寧博士作為核心技術(shù)負(fù)責(zé)人之一，發(fā)揮了舉足輕重的作用。在鄂爾多斯高原的荒漠上，國(guó)家能源集團(tuán)10萬(wàn)噸/年煤制油CCUS項(xiàng)目轟鳴運(yùn)轉(zhuǎn)，這是中國(guó)首個(gè)全流程碳捕集與封存示范工程，而魏寧正是其背后的“技術(shù)心臟”。項(xiàng)目面臨的首個(gè)難關(guān)是場(chǎng)地篩選、超低滲地層注入性與碳煤空間沖突等問(wèn)題。初選的場(chǎng)地與地下煤礦開采進(jìn)度沖突、目標(biāo)層滲透率遠(yuǎn)低于美國(guó)同類型項(xiàng)目（ ：lt;1mD ），工程面臨嚴(yán)重挑戰(zhàn)。魏寧與支撐團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新提出“時(shí)間換空間”與“地層篩選與多層統(tǒng)注”的工藝，使 CO₂ 單井注入量大于設(shè)計(jì)數(shù)值；同時(shí)30萬(wàn)噸項(xiàng)目完成后與后續(xù)煤礦開采完成接續(xù)。

深井監(jiān)測(cè)類似針灸，可探知地層對(duì) CO₂ 注入的反饋信息。國(guó)家能源集團(tuán)鄂爾多斯CCS項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)，一套多相保真取樣裝置沉入地下（斜深2480米）。該設(shè)備突破傳統(tǒng)取樣技術(shù)無(wú)法實(shí)現(xiàn)超低滲地層內(nèi)氣-水等多相同步保真取樣與高精度多參數(shù)監(jiān)測(cè)難題。監(jiān)測(cè)結(jié)果未檢測(cè)到 CO₂ 泄漏跡象，驗(yàn)證了封存的安全性。

而更大的挑戰(zhàn)則在海上，中海油計(jì)劃在南海建造千萬(wàn)噸級(jí)封存集群，但海洋環(huán)境與地質(zhì)結(jié)構(gòu)與陸地存在較大差異，魏寧領(lǐng)銜開發(fā)的“中國(guó)海油CCUS評(píng)估系統(tǒng)模型”，創(chuàng)新引入多源數(shù)多精度數(shù)據(jù)融合算法、場(chǎng)地篩選與容量評(píng)估算法、考慮多種技術(shù)組合的源匯匹配算法。該成果支撐了中國(guó)海上CCUS集群設(shè)計(jì)，相關(guān)準(zhǔn)則與方法被集成進(jìn)入海域 CO₂ 地質(zhì)封存容量、場(chǎng)地篩選等國(guó)家與企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。該模型也在被應(yīng)用于國(guó)家能源集團(tuán)“大氣象-大地質(zhì)綜合評(píng)估模型”中，為企業(yè)開展CCUS系統(tǒng)評(píng)估助力。

正是多年來(lái)，從實(shí)驗(yàn)室到產(chǎn)業(yè)化的鏈條上，魏寧的70余項(xiàng)專利技術(shù)支撐現(xiàn)有CCS項(xiàng)目的正常運(yùn)行，實(shí)實(shí)在在推動(dòng)了CCUS技術(shù)積累與產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。

寄望：共繪雙碳新藍(lán)圖

在碳中和與 CO₂ 捕集與地質(zhì)封存的征途上，魏寧以巖土探微的執(zhí)著精神，實(shí)現(xiàn)碳中和的創(chuàng)新智慧，成為我國(guó)的綠色轉(zhuǎn)型與可持續(xù)發(fā)展宏偉藍(lán)圖中的綠葉。他的科研成果不僅在技術(shù)上取得了重大突破，解決了實(shí)際工程問(wèn)題，更在行業(yè)內(nèi)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響，推動(dòng)了行業(yè)的進(jìn)步與發(fā)展。

科研疆域的拓荒者，從來(lái)不止步于當(dāng)下。現(xiàn)在，魏寧的愿景早已越出國(guó)界：他提出了構(gòu)建“一帶一路跨國(guó)碳封存走廊”，均面臨化石能源與工業(yè)的低碳可持續(xù)發(fā)展問(wèn)題，地質(zhì)容量與碳排放源的異質(zhì)性，均需要針對(duì)性的解決思路與方案。“企業(yè)、場(chǎng)地、成本、安全、政策、減排…這些問(wèn)題的答案需要全人類共同書寫”。

正因?yàn)閮?yōu)秀成果和突出貢獻(xiàn)，他與合作單位獲省部級(jí)科技一等獎(jiǎng)6次、二等獎(jiǎng)2項(xiàng)，作為骨干支撐榮獲2017年國(guó)家科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)，這些榮譽(yù)不僅是對(duì)他科研成果的肯定，更是對(duì)他科研精神的贊美。作為主筆或技術(shù)骨干，主編與參與科技部、生態(tài)環(huán)境部、國(guó)際能源署等路線圖與評(píng)估報(bào)告十余項(xiàng)，作為核心骨干制定了《中國(guó)CCUS技術(shù)路線圖》，為國(guó)家制定行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)與政策提供了決策支撐。

回首過(guò)去，展望未來(lái)，魏寧將繼續(xù)深耕于巖土材料多相滲流機(jī)理與 CO₂ 地質(zhì)封存領(lǐng)域的研究。他計(jì)劃進(jìn)一步拓展“孔隙-巖心-場(chǎng)地-區(qū)域-國(guó)家”多尺度CCUS系統(tǒng)評(píng)估方法的應(yīng)用范圍，提升評(píng)估的精準(zhǔn)度與效率；同時(shí)，加強(qiáng)CCUS關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)與創(chuàng)新，推動(dòng)技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化與商業(yè)化進(jìn)程。此外，他還將積極參與國(guó)際合作與交流，共同應(yīng)對(duì)全球氣候變化挑戰(zhàn)，為構(gòu)建人類命運(yùn)共同體貢獻(xiàn)智慧與力量。相信在魏寧及眾多科研工作者的共同努力下，我國(guó)“雙碳”戰(zhàn)略必將加速實(shí)現(xiàn)，為全球氣候治理貢獻(xiàn)中國(guó)力量。

碳封存技術(shù)從研發(fā)與示范到商業(yè)化，還有很長(zhǎng)一段路要走，但是“山窮水盡與風(fēng)起云涌，唯有初心不改”。當(dāng)碳中和的倒計(jì)時(shí)嘀嗒作響，人類與自然的平衡與契約將重新書寫。

而魏寧的腳步，依然朝著深地空間邁進(jìn)一一因?yàn)槟抢锓獯娴牟粌H是溫室氣體，更是文明可持續(xù)發(fā)展的密碼。