20世纪以来，全球气候变暖已成为全人类面临的共同挑战，对地球自然生态系统产生了深刻影响。我国也是全球气候变化影响的敏感区和显著区，主要表现在：地面年平均气温明显上升，年平均降水量也稍有增加;海平面总体波动上升，影响海洋生态安全;冰川退缩、冻土融化，影响青藏高原生态安全;改变原有水平衡，增加水安全风险;导致生态系统变迁和生物多样性降低;对农业生产与粮食安全的不利影响更为突出;极端气候事件频发，加剧自然灾害风险。

　　

虚拟图：全球变暖，海平面上升

　　联合国气候变化专门委员会(IPCC)指出，人类活动极有可能是20世纪中期以来全球气候变暖的主要原因，可能性超过95%。二氧化碳(CO2)是最主要的温室气体，在过去的200年里，人类向大气层排放了数万亿吨CO2，等于给地球造了一个温室大棚，让地球“发烧”了。所以需要大力减排CO2，遏制气候变暖。我国作为积极应对气候变化负责任的大国，提出CO2排放，力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和的目标承诺。通过提高煤、石油、天然气等化石燃料的利用效率，大力推广风电、光伏等清洁能源，让我们的每年CO2排放量不再增加，达到峰值，就叫“碳达峰”;实在无法减掉的CO2，通过植树造林、碳捕集与封存(CCS)等人工固碳技术全部吸收，就是“碳中和”。什么是碳捕集与封存技术?碳捕集与封存技术(CCS)是指通过工程技术手段将工业源排放的CO2捕集后，经提纯压缩，利用公路或管道等运输并注入至地下800米深的咸水层、油气藏等，从而实现其与大气长期隔绝的过程。在800米深度以下，CO2会进入到超临界状态，这时的体积大约是标准大气压下的四百分之一，因而使得同样的空间能够封存更多的CO2。

　　

二氧化碳(CO2)在封存深度时的密度会大幅提高

　　碳捕集与封存包括三个重要的技术环节，就是捕集、运输和封存。CO2的捕集是通过对燃煤电厂、化工、钢铁、水泥等工业排放的烟气加装吸附装置实现的。CO2的运输方式包括公路、管道、轮船等，一般为液态CO2运输。CO2的封存则是指将CO2运输到适合的地点后，利用加压装置将液态CO2注入至深部地下的咸水层、油气藏等。

　　

碳捕集与封存示意图(据澳大利亚温室气体技术合作研究中心)

　　碳封存主要技术类型

　　就碳封存技术而言，全球范围内达到大规模应用的主要包括二氧化碳(CO2)注入油藏中驱油和咸水层封存两种方式。二氧化碳(CO2)驱油CO2驱油是指将CO2注入油藏，补充油藏能量，同时利用CO2与原油的相互作用，最高能够提高石油的开采率7%以上，从而达到原油增产并封存CO2的目的。在CO2驱油过程中，大约有50%～67%的CO2会和原油一起被开采出来。但是为了降低技术成本往往会把采出的CO2从原油中分离出来后，重新回注入地层中，实现CO2再利用。部分注入后的CO2也能够溶于地层流体、成矿固化，或被构造圈闭捕获，实现永久封存于储层中。当油藏开采到没有经济价值的时候，CO2驱油技术即转化为枯竭油藏CO2地质封存，注入后的CO2会被全部封存在地层中。咸水层二氧化碳(CO2)封存沉积盆地深部地下空间中，分布有广泛的咸水层，这些咸水近乎静止，也无法抽采利用，因此可以用来封存CO2。注入咸水层后的CO2，会被咸水层上覆的泥质盖层封隔(图a)、孔隙束缚(图b)，进一步溶解于咸水中(图c)或与水、岩石矿物反应而固定下来(图d)。

　　

　　截至2020年底，全球拟建和在建的咸水层封存工程超过了12个，且正在逐步从小规模示范向大规模的集成项目发展。挪威、美国和澳大利亚等国家均在开展年注入量达到百万吨级的全流程碳捕集与封存商业工程。我国神华煤制油化工有限公司与中国地质调查局在内蒙古鄂尔多斯市伊金霍洛旗实施了首个CO2捕集、运输与咸水层封存全流程示范工程。该示范工程于2011年5月9日开始实施CO2注入实验，截至2015年4月实现累计注入CO2达30.2万吨。我国深部咸水层CO2地质封存潜力巨大，占咸水层和油气藏总潜力的90%以上，是未来支撑碳中和目标的主力封存空间。我国陆域塔里木、鄂尔多斯、松辽等13个大中型盆地，以及海域东海陆架、渤海、珠江口等16个大中型沉积盆地，咸水层CO2封存潜力大，储盖层条件相对较好。碳封存技术可能的环境风险

　　不可否认的是，大量的CO2注入至咸水层或油藏，可能会产生CO2泄漏。CO2泄漏进入浅部含水层，会造成可饮用地下水污染;CO2向上进入浅层土壤，会改变土壤物化性质，影响土壤内的生物，进而进入包气带和大气环境中，连锁影响地下水、土壤、生态系统、大气环境和人类的身体健康。

　　其次，CO2注入至咸水层或油藏后，可能会使地层压力大大增加，极端情况下可能产生地面形变和诱发地震的危险。

　　但是，CO2泄漏的风险可以通过科学的封存场地地质选址、提高施工质量及加强监测等方法来规避风险。

　　咸水层CO2地质封存本质上相当于寻找或营造一个地下“人工气藏”，是石油天然气开发的逆向技术。类比石油天然气在地下能够保存长达几百万年的时间，只要选择合理的封存场地，CO2就能够长期封存于地下咸水层中，直至溶解并最终形成碳酸盐岩固定下来。其次，在CO2地质封存过程中或停止注入后，可以利用科学的施工技术，以及部署系统的监测技术手段，能够有效防止或监控CO2是否发生泄漏。

　　

神华CCS示范工程监测体系

　　国际上已有的咸水层CO2地质封存示范工程，长期有效的监测结果表明，均未出现CO2泄漏危害环境的情况。而CO2驱油工程由于是一个完整的注-采开放体系，随着石油的采出，也必定会有部分CO2被开采出来，但也有利于油层的压力平衡和安全。碳捕集与封存技术的未来发展趋势与发达国家相比，中国距离实现碳达峰目标已不足10年，距离碳中和目标不足40年，我国实现碳达峰碳中和目标任务艰巨、挑战更大。在我国以煤为主的能源消耗结构短期内难以改变的形势下，碳捕集与封存技术是实现碳中和目标的重要支撑技术。根据科技部、清华大学等预测，2060年为支撑碳中和目标实现，碳捕集与封存技术需要每年贡献CO2减排数亿至二十亿吨。

　　

　　近年来，我国在碳封存区域调查评价、关键技术研究和工程示范等领域有了较快的发展，十万吨级工程技术已经成熟，但百万吨级规模化地质封存技术可行性与地质安全性有待进一步示范验证。因此，在鄂尔多斯盆地、新疆等重要能源化工基地开展区域封存潜力评价与靶区优选，在高碳排放源集中区部署专项地质调查，筛选一批适宜场地，尽快实施年百万吨级咸水层CO2封存工程示范与关键技术研发，对我国碳捕集与封存规划的实施具有重要意义。

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