藏碳于海：CCUS新路径
2023年，全球化石燃料二氧化碳排放量达到368亿吨（温室气体总量409亿吨），二氧化碳浓度已达80年来最高值。其中，我国二氧化碳排放量达到126亿吨，高居全球第一。而二氧化碳捕集利用与封存（CCUS），被视为是未来实现碳中和的兜底保障。近日，记者从中国工程院院士、中国海洋石油集团有限公司杰出高级专家周守为处了解到，除了在陆地上驱油外，二氧化碳的封存在海洋深处也许还能有新的路径。
“跟海洋打了一辈子的交道，我最深刻的体会就是深邃的海洋不仅给人类提供丰富的物质保障，还能给人以思想上的启迪。”周守为说，“我们要借助自然的力量，将海洋天然气水合物开发的难点，转化成为二氧化碳水合物海底工程的优势。”
海洋CCUS应需兴起
根据国际能源署《能源技术展望报告2017》预测，要实现《巴黎协定》提出的“将全球平均气温较前工业化时期上升幅度控制在2摄氏度以内”气候目标，到2060年，累积碳减排量的14%将来自CCUS。但是，截至2023年，全球运营或建设中的CCUS项目有140余个，捕集能力为4900万吨/年，只占全年全球碳排放量的1.33‰。从数据上看，现有的碳中和项目远达不到兜底的效果。
目前，国内煤电、石油石化行业及相关产业均开展CCUS技术攻关研究和工程示范。中国石化建成了国内首个百万吨级CCUS全流程项目，但整个规模仍然较小。2023年我国全年碳捕集规模达600万吨/年，这个量却仅占全年碳排放的4.15‰。CCS项目共有8个处于运行阶段，其中只有恩平15-1CCS项目为咸水层封存项目，其余均为强化采油技术（EOR）项目。据悉，恩平项目是我国第一个海上二氧化碳封存项目，于2023年6月正式投用，每年注入二氧化碳超过30万吨，累计超过150万吨；截至目前已经注入2000万立方米二氧化碳。
“无论是1.33‰或4.15‰，都与14%的最终目标相差着数量级。”周守为表示，从全世界来看CCUS不外乎是两个大的方向：一个是二氧化碳驱油，同时提高原油采收率，再把二氧化碳埋在地质构造里。另一个是把二氧化碳封存在咸水层里。根据正在建设的项目数量，后者正逐渐成为主流。
他山之石，可以攻玉
然而，他山之石，可以攻玉。众所周知，位于海底的可燃冰（天然气水合物）的开采难度大，至今全世界都尚未进行商业开发。与海洋打交道多年的周守为却突然想到，二氧化碳水合物形成的条件与天然气水合物相似，甚至更为简单易成。何不将可燃冰开采的难处，转化为研究海洋埋藏二氧化碳的优势？
海域水合物储存区通常位于水深300米以上，海床下1000米内。对比天然气水合物与二氧化碳水合物生成条件可以发现，海洋封存二氧化碳具有8方面的优势：一是二氧化碳水合物比天然气水合物更易形成；二是低温高压的海洋环境使天然气水合物状态稳定，不易开发，却也构成二氧化碳封存的有利条件；三是二氧化碳水合物同可燃冰一样不需要圈闭构造，有望大规模形成固态并封存；四是深海环境下，固化的二氧化碳水合物将保持固态，不易气化，更易封存；五是深海浅层多为泥质粉砂或不成岩的胶结疏松泥、沙、水混合层，可以为二氧化碳的注入与水合物形成提供有利条件；六是以固态水合物形式储存二氧化碳无需进行密封性评价，没有气体泄漏问题；七是二氧化碳水合物封存在条件合适的情况下，原则上封存量无规模限制，解决当前技术难题；八是海底或深海浅层为二氧化碳封存提供了更加宽泛的地点选择，突破了现有技术必须选择密闭地质构造或咸水层的桎梏。
“换句话说，能形成天然气水合物的地方，二氧化碳水合物也一定能形成，而且形成得更容易。”周守为表示，“我通过分析提出的二氧化碳封存新路径，就是借鉴海洋天然气水合物自然形成的原理，人为加快二氧化碳水合物的生成速率，实现二氧化碳水合物在深海海底或深海浅层的固化封存。”
变废气为海底“碳矿”
“只要温度和压力合适，二氧化碳就能形成水合物。像我国的东沙、新西兰的外海，千百万年来一直有天然气水合物埋藏在海底，如果我们把二氧化碳也像这样埋放在那不就成了吗？它可以形成非常稳定的二氧化碳水合物，被永久封存。”周守为认为，具体到工程技术，一个方法是找到合适的地方直接放入二氧化碳；另一个方法是在天然气水合物下伏层固化封存二氧化碳。
“我们研究的方向和目标就是要注得进、生得成、封得住、看得见、生态美。”他解释道，为此团队需要建立注入口二氧化碳水合物堵塞解堵技术及多层系联储动态调控技术；揭示海洋环境二氧化碳水合物快速生成机制，形成二氧化碳水合物规模化生成技术；建立深海二氧化碳多相态稳定封存技术工艺及装备；形成海洋二氧化碳固化和地质封存全时空一体化监测技术及体系。最终，实现二氧化碳固化封存后，作为海洋生态的组成部分长期稳定、环境友好。
“我们用南海的海水、泥沙，模拟海底条件来进行了一系列的实验，这些实验最后都支持了我们的想法——海洋环境条件能够快速形成二氧化碳水合物，海底压力对稳定性影响不大。并且，在有诱导微粒的条件下，二氧化碳水合物形成更快，适当添加强化剂有助于二氧化碳水合物固化。”周守为总结道，“经过初步验证，我们可以确定海洋二氧化碳固态封存的方向是正确的，只是仍有大量难题需要继续探索。”
目前，周守为团队仍在围绕这项技术展开研究，并尝试在未来建立3000米深水二氧化碳水合物多相态、多层系固化封存技术体系。“如果海洋二氧化碳地质封存技术能够实现应用，二氧化碳运输船、海底长输管线、海上钻井设备等一系列产业都将迎来春天，一个新的CCUS产业链也将随之诞生。”他展望说。
