碳中和背景下二氧化碳封存研究进展与展望.pdf
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1、第3 0卷 第4期2 0 2 3年7月地学前缘(中国地质大学(北京);北京大学)E a r t h S c i e n c e F r o n t i e r s(C h i n a U n i v e r s i t y o f G e o s c i e n c e s(B e i j i n g);P e k i n g U n i v e r s i t y)V o l.3 0 N o.4J u l.2 0 2 3h t t p s:/w w w.e a r t h s c i e n c e f r o n t i e r s.n e t.c n 地学前缘,2 0 2 3,3 0(4
2、)收稿日期:2 0 2 2 0 6 2 5;修回日期:2 0 2 2 1 1 1 2基金项目:中国工程院战略研究与咨询项目(2 0 2 3-G D-0 7);国家自然科学基金项目(U 1 9 1 1 2 0 2);广东省科技创新战略专项资金项目(2 0 1 9 B 1 2 1 2 0 5 0 0 4)作者简介:邓一荣(1 9 8 5),男,博士,教授级高级工程师,主要从事土壤环境方面的研究工作。E-m a i l:e c o y r d e n g 1 6 3.c o m*通信作者简介:彭平安(1 9 6 0),男,中国科学院院士,主要研究方向为环境地球化学研究。E-m a i l:p i n
3、 g a n p g i g.a c.c n汪永红(1 9 6 6),男,教授级高级工程师,主要研究方向为环境科学与资源利用。E-m a i l:1 3 6 0 2 8 5 5 2 3 6 1 3 9.c o mD O I:1 0.1 3 7 4 5/j.e s f.s f.2 0 2 3.2.7 0碳中和背景下二氧化碳封存研究进展与展望邓一荣1,汪永红1,*,赵岩杰1,谷培科1,肖 瑾2,周 健1,李朝晖1,于志强3,彭平安3,*1.广东省环境科学研究院,广东省污染场地环境管理与修复重点实验室和粤港澳环境质量协同创新联合实验室,广东 广州 5 1 0 0 4 52.暨南大学 环境学院,粤港澳
4、环境质量协同创新联合实验室,广东 广州 5 1 0 6 3 23.中国科学院 广州地球化学研究所,有机地球化学国家重点实验室,广东 广州 5 1 0 6 4 0D E N G Y i r o ng1,WA N G Y o ngh o ng1,*,Z HA O Y a nji e1,GU P e i k e1,X I A O J i n2,Z HOU J i a n1,L I Z h a o h u i1,YU Z h iqi a ng3,P E N G P i nga n3,*1.G u a n g d o n g K e y L a b o r a t o r y o f C o n t a
5、 m i n a t e d S i t e s E n v i r o n m e n t a l M a n a g e m e n t a n d R e m e d i a t i o n&G u a n g d o n g-H o n g K o n g-M a c a u J o i n t L a b o r a t o r y o f C o l l a b o r a t i v e I n n o v a t i o n f o r E n v i r o n m e n t a l Q u a l i t y,G u a n g d o n g P r o v i n c
6、 i a l A c a d e m y o f E n v i r o n m e n t a l S c i e n c e,G u a n g-z h o u 5 1 0 0 4 5,C h i n a2.G u a n g d o n g-H o n g K o n g-M a c a u J o i n t L a b o r a t o r y o f C o l l a b o r a t i v e I n n o v a t i o n f o r E n v i r o n m e n t a l Q u a l i t y,S c h o o l o f E n v i
7、r o n m e n t,J i n a n U n i v e r s i ty,G u a ngz h o u 5 1 0 6 3 2,C h i n a3.S t a t e K ey L a b o r a t o ry of O rga n i c G e o c h e m i s t ry,G u a ngz h o u I n s t i t u t e of G e o c h e m i s t ry,C h i n e s e A c a d e my of S c i e n c e s,G u a ngz h o u 5 1 0 6 4 0,C h i n aD E
8、 N G Y i r o n g,WA N G Y o n g h o n g,Z H A O Y a n j i e,e t a l.C a r b o n d i o x i d e s t o r a g e i n C h i n a:C u r r e n t s t a t u s,m a i n c h a l l e n g e s,a n d f u t u r e o u t l o o k s.E a r t h S c i e n c e F r o n t i e r s,2 0 2 3,3 0(4):4 2 9-4 3 9A b s t r a c t:E x c
9、e s s i v e f o s s i l f u e l c o n s u mpt i o n a n d l a n d m i s u s e l e a d t o c o n t i n u o u s i n c r e a s i ng e m i s s i o n s o f c a r b o n d i o x i d e a n d o t h e r gr e e n h o u s e ga s e s,c a u s i ng a s e r i e s o f e n v i r o n m e n t a l pr o b l e m s s u c h
10、 a s gl o b a l w a r m i ng.T o e f f e c t i v e ly c o n t r o l c a r b o n e m i s s i o n s u n d e rgr o u n d c a r b o n s t o r age i s d e v e l ope d a n d i t pl ays a n i mpo r t a n t r o l e i n C h i n as e f f o r t s t o a c h i e v e c a r b o n n e u t r a l i ty w h i l e e n s
11、 u r i ng i t s e n e rg y s up pl i e s.H e r e,w e sys t e m a t i c a l ly s u mm a r i z e t h e t e c h n i c a l pr i n c ipl e s a n d c h a r a c t e r i s t i c s o f ty pi c a l t e r r e s t r i a l(s u c h a s C O2-E O R a n d C O2-E C B M)a n d m a r i n e c a r b o n s equ e s t r a t
12、i o n t e c h n iqu e s(s u c h a s n a t u r a l ga s hyd r a t e s equ e s t r a t i o n a n d m a r i n e s e d i m e n t s equ e s t r a t i o n),a n d pr e s e n t a n o v e r v i e w o f C h i n as c a r b o n e m i s s i o n pr o f i l e a n d s t o r age po t e n t i a l,c h a r a c t e r i
13、s t i c s o f d o m e s t i c c a r b o n-s t o r age pi l o t pr oje c t s a t d i f f e r e n t c apa c i t i e s(1 0 0 0 0 s t o m i l l i o n t o n s),gaps b e t w e e n C h i n a a n d f o r e ign c o u n t r i e s,a n d m a i n c h a l l e nge s i n c a r b o n s equ e s t r a t i o n.I n v i
14、e w o f C h i n as c a r b o n-s t o r age s t a t u s a n d go a l o f c a r b o n pe a k i ng/c a r b o n n e u t r a l i ty,w e s ug ge s t t o i mpr o v e po l i cy s up po r t,s t o r age e v a l u a t i o n s t a n d a r d s,a n d r e l e v a n t l a w s a n d r egu l a t i o n s,e xpl o r e s
15、 u i t a b l e s t o r age s i t e s a n d h igh-po t e n t i a l a r e a s,s t r e ngt h e n s c i e n t i f i c r e s e a r c h a n d a c c e s s t o a d v a n c e d t e c h n o l og y,i n c r e a s e C C S/C C U S i n f r a s t r u c t u r e i n v e s t m e n t s a n d c o n s t r u c t i o n s c
16、 a l e s,a n d d e v e l op m o d e l pi l o t pr oje c t s a n d i n d u s t r i a l c l u s t e r s.A s G u a ngd o ng P r o v i n c e po s s e s s e s i n d u s t r i a l(t r i l l i o n t o n)c a r b o n-s t o r age po t e n t i a l a h e a d o f c a r b o n pe a k i ng,i t s c o a s t a l a r e
17、 a s w i t h t h e gr e a t e s t c a r b o n s t o r age po t e n t i a l s h o u l d t a k e t h e l e a d i n t h e i n d u s t r i a l ap pl i c a t i o n o f u n d e rgr o u n d c a r b o n-s t o r age t e c h n o l og y a s w e l l a s i n t h e d e v e l opm e n t s o f i n d u s t r i a l c
18、a r b o n-s t o r age c l u s t e r s 4 3 0 邓一荣,汪永红,赵岩杰,等/地学前缘(E a r t h S c i e n c e F r o n t i e r s)2 0 2 3,3 0(4)h t t p s:/w w w.e a r t h s c i e n c e f r o n t i e r s.n e t.c n 地学前缘,2 0 2 3,3 0(4)a n d t r i l l i o n-t o n c a r b o n-s t o r age i n d u s t ry t o w a r d s a c h i e v
19、i ng C h i n as c a r b o n n e u t r a l t a rge t.K e y w o r d s:c a r b o n e m i s s i o n;c a r b o n n e u t r a l i z a t i o n;c a r b o n s t o r age;c a r b o n s t o r age i n d u s t ry;c a r b o n c l u s t e r s t o rge摘 要:化石能源和不合理的土地利用,导致地球大气中C O2等温室气体持续增加,引发全球变暖等一系列环境问题。利用碳封存手段来控制碳排
20、放是一种行之有效的方法,可使我国在实现碳中和目标的同时,又能发展相应碳封存产业,具有重大意义。本文较为系统地阐明了C O2-E O R、C O2-E C B M等典型陆地碳封存和天然气水合物封存、海洋沉积物封存等典型海洋碳封存的技术原理、特点等;明确了国内碳排放概况与封存潜力;介绍了我国规模在几万吨/年到百万吨/年之间典型碳封存示范项目特点以及与国外的差距;列明了现阶段碳封存的主要挑战。针对我国碳封存领域发展现状,结合碳达峰、碳中和工作要求,在政策法规方面建议完善碳封存政策支持与标准规范体系,探索建立相应碳封存法律法规;进一步探查碳封存场所和潜力,调查适宜碳封存场所,探明典型区域碳封存潜力;在
21、碳封存技术领域加大科研支持力度,借鉴国外碳封存先进技术与经验。加大C C S(碳捕获与封存)、C C U S(碳捕获、利用与封存)各环节的工程投资力度与建设规模,打造经典碳封存示范项目以及产业集群。鉴于广东省在碳达峰之前具有万亿级碳封存产业规模的潜力,推动其最具碳封存潜力的沿海区域率先实现碳封存大规模工业化应用,探索碳封存产业集群模式示范平台试点,培育万亿级碳封存产业,助力实现碳中和目标。关键词:碳排放;碳中和;碳封存;碳封存产业;碳封存集群中图分类号:X 7 0 1;P 7 5 4 文献标志码:A 文章编号:1 0 0 5-2 3 2 1(2 0 2 3)0 4-0 4 2 9-0 0 1
22、10 引言工业革命以来,大量化石燃料的开采使用,造成大气中C O2浓度急剧升高,从而导致气候多变、气候变暖等严重的生态环境问题,因此,如何实现C O2减排,成为应对气候变化,解决全球变暖问题的关键1。世界上碳排放主要经济体有中国、欧盟、美国、印度、日本等。2 0 0 7年中国C O2排放总量超过美国跃居全球第一,至2 0 1 2年中国碳排放总量已经相当于美国和欧盟排放量的总和2。在中国3 0余年强劲经济增长的推动下,碳排放快速增长,进入2 1世纪后,中国的碳排放在十余年时间内增长了3倍2。为应对全球气候变化和环境污染带来的挑战,实现经济的可持续发展,中国提出了“碳达峰、碳中和”的重大战略决策:
23、C O2排放力争于2 0 3 0年前达到峰值,在2 0 6 0年前实现碳中和3-4。碳封存(C C S:C a r b o n C a p t u r e a n d S t o r a g e,碳捕获与封存;C C U S:C a r b o n C a p t u r e,U t i l i z a t i o n a n d S t o r a g e,碳捕获、利用与封存)因其具有积极缓解气候变化的潜力而受到越来越多的关注5-9。碳封存是一个集C O2捕获、运输和封存为一体的系统技术工程1 0-1 2。明确碳封存系统技术工程的特点、原理以及我国碳封存技术水平、示范项目现状是实现我国碳中和
24、目标的首要条件。按封存位置的不同,主要分为陆地碳封存与海洋碳封存两大类2,本文就陆地碳封存、海洋碳封存两种主要碳封存技术方法的原理、研究进展进行介绍;分析我国及其典型省份广东省碳封存的现状以及面临的挑战。对我国及其广东省碳封存的政策、技术以及示范工程等方面进行探讨和展望,提出相关科学建议。1 碳封存技术研究进展1.1 陆地碳封存技术1.1.1 C C S陆地碳封存技术C C S(碳捕获与封存)陆地碳封存技术(图1)是指将C O2封存到深部咸水层、废弃油气田、不可开采煤层等陆地深部地层中的技术。以深部咸水层封存C O2为例,该方法是将C O2直接注入深部咸水层中,其主要有3种封存机理:一是直接把
25、C O2溶解在地下水中,这种方式通常称作溶解封存;二是将C O2以气体或者超临界流体的形态封存于低渗透性的岩石盖层下,也称作液体封存;三是地层中的C O2直接或者间接与地层中的矿物发生化学反应而生成次生碳酸盐矿物,这种方式叫作矿物封存1 3。目前世界上地质封存中深部咸水层封存C O2的潜力是最大的,被认为是封存C O2最为可行的技术方案之一1 4。同时,深部咸水层含有较高盐浓度的地下水也不适合人类利用1 5,不会对资源造成浪费。目前世界已经开展了许多对咸水层封存C O2封存机理和封存成本等方面的研究。例如邓一荣,汪永红,赵岩杰,等/地学前缘(E a r t h S c i e n c e F
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- 中和 背景 二氧化碳 封存 研究进展 展望
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