西安生态日

中国作为全球气候治理的积极参与者、构建人类命运共同体的首倡者和先行者，提出了“二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和”的目标承诺。二氧化碳作为大气中最主要的温室气体之一，一直备受关注，各类控制方法层出不穷，二氧化碳地质封存就是其中一种。

从哪儿来，回哪儿去

大气中的温室气体主要有二氧化碳、甲烷、一氧化二氮、氯氟碳化合物及臭氧等。简单来说，温室效应就是温室气体吸收地球表面释放的长波辐射热量，让地球表面的大气温度升高。其实，这种最原始的温室效应早就存在，它对人类发展也有重要意义——若不存在，地球上的季节和昼夜温差会很大，不适宜人类生存。但工业革命后，人类活动释放出大量温室气体，温室效应日益增强，导致出现一系列现在科学不可预测的全球性气候问题。

由此，针对大气中最主要的温室气体——二氧化碳，一种名为二氧化碳地质封存的方法被提出：既然人类排放的二氧化碳大部分由地下埋藏的化石能源释放，那为什么不再将其埋回地下？

封碳，方法不唯一

二氧化碳地质封存，是指通过工程技术手段，将工业源排放的二氧化碳捕集后，注入地下800~3500米深度范围内的陆上深部咸水层、枯竭油气藏、不可开采煤层、海底咸水层等地质构造中，再通过一系列的岩石物理束缚、溶解和矿化作用将其封存在地质体内。其中，陆上深部咸水层碳封存和枯竭油气藏碳封存技术现在最为成熟。

陆上深部咸水层碳封存：占据主导

陆上深部咸水层因具有分布广泛、储存量大等特点被视为二氧化碳长期封存的最优场地。

为什么会选择深部咸水层呢？深部咸水多为矿化度较高的咸水，很难开采利用。而且，其中大量的钙离子、镁离子等可以与二氧化碳反应形成碳酸钙、碳酸镁等物质，这些正是自然界一些岩石的主要成分。也就是说，深部咸水层将参与反应的二氧化碳变成了坚固的岩石，即发生了矿化作用。当然，这个过程很缓慢，甚至需要百万年。

虽然二氧化碳能与钙离子、镁离子反应，但能参与的数量有限，无法满足全部需要。所以在深部咸水层中，二氧化碳还会被咸水层上覆的盖层封隔、孔隙束缚，或溶于水中被封存下来。

枯竭油气藏碳封存：省时省力

油田、天然气田经过一定时间的开发后，受技术与经济条件等的限制，剩下的油气不能被采出，被称为枯竭油气藏。虽然它已失去原有价值，但却对二氧化碳地质封存具有很大优势：可充分利用已有的油气藏勘探开发资料、井场和油井设备进行封存，节省投资和工程时间。

二氧化碳注入枯竭油气藏后，或溶于地层流体、成石固化，或被地层构造圈闭捕获，实现地质封存。

不可开采煤层碳封存：受“偏爱”的二氧化碳

这个方法与枯竭油气藏碳封存有相似之处。在煤系地层中，普遍存在着因技术或经济原因而弃采的煤层，这也是储存二氧化碳的一个潜在地质场所。

煤层通常都伴生有甲烷。因为二氧化碳在煤体表面被吸附能力是甲烷的2倍，所以当二氧化碳被“偏爱”它的煤或有机物丰富的页岩吸附后，就开始置换甲烷类气体。在这种情况下，只要压力和温度保持稳定，二氧化碳将长期保持被俘获状态，最终以吸附态、游离态赋存于煤层中。

除了以上方法，二氧化碳的玄武岩碳封存（利用玄武岩的矿化反应封存）、海域沉积盆地碳封存（利用其咸水层封存）等技术也在不断发展。

气候变化关乎人民福祉和人类未来，以全球变暖为主要特征的气候变化已成为人类社会共同面临的最重大环境与发展挑战之一。据调查，中国二氧化碳地质封存潜力巨大，科学家们如今正加快研究步伐，力争为中国实现碳中和作出更大贡献。

作者：王尧，自然资源部国土整治中心；陈睿山，上海交通大学；姚舜禹，中煤财务有限责任公司；陈广峰，北京市规划和自然资源委员会。

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