目前,溫室氣體排放占比超過65%、GDP占比超過75%的全球131個國家都已宣布了碳中和的目標。在控制二氧化碳排放這一全球性難題面前,碳儲存技術成為短期內應對氣候變化最重要的技術之一。然而,在我國要如何儲存碳呢?有專家建議,向西北地區(qū)發(fā)展。那么什么是碳儲存,為何西北地區(qū)能夠占領這一高地呢?
一、碳儲存
碳中和,即企業(yè)、團體或個人測算其在一定時間內的溫室氣體排放總量,再通過植樹造林、節(jié)能減排等形式抵消這些排放量,以保證凈碳排放量接近于零。因此,全面控制二氧化碳等溫室氣體排放早成為國際共識,各國相繼給出碳中和時間表。在2020年的聯(lián)合國大會上,中國提出力爭于2030年前達到二氧化碳排放峰值、2060年前實現(xiàn)碳中和。
那要實現(xiàn)碳中和,主要技術關卡在于排放和吸收。排放端,通過降低二氧化碳等溫室氣體的排放量,提高工業(yè)、電力的能源效率,開發(fā)利用可再生能源,減少對傳統(tǒng)化石燃料的依賴;吸收端,針對受經(jīng)濟、技術等因素限制而難以完全避免的部分碳排放,通過碳捕集和封存(CCS)、植樹造林等方式,增加生物庫和水圈庫的碳吸收能力。其中,吸收端的碳捕集和封存就是所謂的碳儲存。
那么,本要排放到大氣中的二氧化碳,是怎么被存起來的?
這與二氧化碳的化學性質緊密相關。當溫度超過31.1℃、壓力超過7.38 MPa時,二氧化碳將以超臨界狀態(tài)存在(即超臨界流體,介于氣體和液體之間),密度大、粘度低,流動性好、擴散性強。這種特性使得捕集和儲存二氧化碳成為可能。
目前主要通過這四個環(huán)節(jié)實現(xiàn):
1、捕集
一般有燃燒前、燃燒后和富氧燃燒捕集三種方式。例如,燃燒前捕集,就是在煤炭在汽化爐中汽化后,利用固體吸附劑或化學溶劑將二氧化碳與其他氣體分離,再將其冷卻加壓為超流體,整個過程理論上是零碳排放的;富氧燃燒捕集是在富含氧氣的條件下燃燒化石燃料,煙氣主要由水蒸氣和高濃度二氧化碳構成,更易于分離。
2、運輸
捕集二氧化碳后,需要用管道、船舶或罐車運輸?shù)竭x定的埋存地點。
3、封存
封存環(huán)節(jié)直接關系二氧化碳能否長期、安全保存,因此選址問題至關重要。完整的地質結構、適宜的儲存容量、良好的封存層、儲存點物質是否與二氧化碳發(fā)生化學反應等等,都是碳儲存選址要重點考慮的因素。目前,比較理想的封存場所主要有深部含鹽水層、廢棄油氣田及煤層和海洋。
4、利用
除了注入封存場所,捕集來的二氧化碳還可以循環(huán)再利用,如人工降雨、制造化肥、果蔬冷藏保鮮等。
二、那在中國哪里能儲存碳呢?
據(jù)國際能源署(IEA)預測,到2050年,碳儲存將使全球二氧化碳總排放量減少19%,減排效果僅次于提高能源效率;要達到《巴黎協(xié)定》的氣候目標,到2060年累計減排量的14%需依賴碳儲存。富煤、貧油、少氣的能源結構決定了中國發(fā)展碳儲存技術的必要。有機構預測,到2050年,化石能源占中國能源消費的比例仍達10%-15%,這部分近零排放的實現(xiàn)必須依賴于碳儲存技術。
從自然稟賦來看,中國的確有這個優(yōu)勢。
據(jù)估算,僅靠地質封存,中國就可封存1.21萬億-4.13 萬億噸二氧化碳,碳儲存潛力巨大。
具體而言,我國松遼盆地、渤海灣盆地、鄂爾多斯盆地和準噶爾盆地集中分布大量油田,可封存約51億噸二氧化碳;鄂爾多斯盆地、四川盆地、渤海灣盆地和塔里木盆地多氣藏,可封存約153億噸二氧化碳;深部咸水層與含油氣盆地分布基本相同,封存容量約為24200億噸。
再來看地域分布。
松遼盆地、塔里木盆地和渤海灣盆地是中國最大的3個陸上封存區(qū)域,約占總封存量的一半。此外,蘇北盆地和鄂爾多斯盆地的深部咸水層封存潛力也較大。
這種分布特點意味著,未來中國西北地區(qū)可充分發(fā)揮其巨大的碳儲存潛力,被視為實現(xiàn)碳達峰、碳中和的重要路徑。
今年上半年,也有國內專家提出,西北地區(qū)可考慮把碳儲存作為新的產(chǎn)業(yè)來發(fā)展。一方面西北地區(qū)油氣田較多,封存場所豐富;另一方面,西北地區(qū)碳排放壓力較大。
以陜西為例,它擁有豐富的石油、天然氣和煤炭資源,陜北現(xiàn)代能源化工基地發(fā)展迅速,煤化工對環(huán)境影響較大,減排壓力較重。但是,當?shù)囟酁榈蜐B透油藏、油田采收率低,且水資源匱乏、不宜注水驅油。因此,利用碳儲存技術,減排的同時提高原油采收率、降低CCUS成本,不失為陜西實現(xiàn)碳中和目標的一條捷徑。
三、結論
1、據(jù)全球CCS研究院統(tǒng)計,到2012年,在全球大規(guī)模碳儲存項目中,中國項目約占17%,發(fā)展速度最快。
2、考慮地質指標、確定什么樣的地層適合存碳,解決技術問題,只是封存選址的第一步。在實際操作中,還需要考慮地方政策、經(jīng)濟基礎、成本耗費和人文風俗等復雜因素,建立完善的選址評價指標體系。
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