二氧化碳地质储存——应对全球气候变化新技术

近年来,全球气候变暖日益显著,已成为各国政府和公众关注的焦点问题。减少二氧化碳等温室气体的排放,是应对全球气候变化直接而有效的手段之一。二氧化碳地质储存,这一直接减排来自大型发电厂、钢铁厂、化工厂等排放源所产生的二氧化碳的有效技术,正引起越来越多的科学家、环保专家、政治家和企业家的关注。

    二氧化碳地质储存是指将二氧化碳从工业或相关能源的源分离出来,注入到地下深处具有适当封闭条件的地质构造中储存起来,使之长期与大气隔离的过程。该技术的雏形源于20世纪70年代美国用二氧化碳驱油来提高石油采收率技术,经过近40年的研究和实践,逐步发展成为减少温室气体排放、减缓全球气候变暖的重要技术手段之一。有科学家甚至认为,在所有减少温室气体排放的宏伟蓝图中,二氧化碳地质储存将占有首要地位,并最终引导人类进入低碳新纪元。

    目前我国正处于能源需求巨大的经济快速发展时期,以消耗化石燃料煤、石油和天然气等为主的能源结构近期内不会发生大的变化。在全国范围内开展二氧化碳地质储存研究及示范工程,减少二氧化碳排放,对于减缓温室效应、履行国际承诺、树立负责任大国形象和提高国际谈判地位具有重大意义,也是新时期转变经济发展方式、促进生态文明、建设美丽中国的前提。

    二氧化碳地质储存的场所多种多样,主要有沉积盆地内的深部咸水含水层、开采中或已废弃的油气田、煤田、盐丘及矿山等。其储存机理主要有物理储存和化学储存。物理储存机理包括构造地质储存、束缚气储存和水动力储存;化学储存机理包括溶解储存和矿化储存。其中化学储存机理对二氧化碳地质储存的作用时间相对较长,储存安全性较好。

    从2010年开始,中国地质调查局下达了“全国二氧化碳地质储存潜力评价与示范工程”计划项目,我国了应对气候变化地质调查研究工作正式启动,该项目由水文地质环境地质调查中心组织实施,共21家科研院所、高等院校和企业参加,投入500余名科技工作者及大量地质调查、物探、钻探、室内试验、数值模拟等仪器设备开展相关研究工作,并取得了阶段性成果。

    截至目前,项目组基于中国沉积盆地的地质条件,借鉴国际经验,建立了中国二氧化碳地质储存潜力与适宜性评价体系,评估了面积大于200平方千米的417个陆域及浅海沉积盆地的二氧化碳地质储存潜力与适宜性,并编制了主要沉积盆地潜力与适宜性评价图集。评价结果表明,我国沉积盆地二氧化碳地质储存潜力巨大,尤其是深部咸水含水层占总储存潜力的98%以上;松辽、鄂尔多斯、塔里木、四川、准噶尔、珠江口等盆地具有良好的储存前景。

    在二氧化碳地质储存示范工程建设方面,项目组与神华集团合作,在内蒙古鄂尔多斯市伊金霍洛旗实施了我国首个、也是目前世界上规模最大的煤基全流程深部咸水层二氧化碳地质储存示范工程,实践了深部含水层二氧化碳地质储存一整套工程技术,突破了钻探、灌注、采样、监测等一系列科学技术难题,在储存过程中的物理化学与生物作用、仿真模拟、环境影响与安全风险评价等基础理论研究方面取得了实质性进展。

    未来几年,项目组将深入开展基于二氧化碳地质储存技术的应对全球气候变化研究,着力于碳源集中区二氧化碳地质储存工程选址、二氧化碳地质储存与石油、煤层气、天然气、页岩气等资源开发利用工程示范,环境影响与安全评价等重点方向,为各级政府和企业利用二氧化碳地质储存技术减排二氧化碳提供地学技术支撑。