碳中和背景下二氧化碳封存研究进展与展望.pdf

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)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 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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: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 r o n t i e r s)2 0 2 3,3 0(4)4 3 1 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)图1 陆地碳封存示意图F i g.1 T e r r e s t r i a l u n d e r g r o u n d c a r b o n s e q u e s t r a t i o n t e c h n o l o g yG a r c i a等1 6综合论述了当C O2注入深部咸水层时的物理和化学的捕获机制。Y a n g等1 7对咸水层的C O2封存特征进行了综合论述,包括C O2的相行为、C O2水岩相互作用以及C O2捕获机制,其中包括水动力、残余和矿物捕获1 8,结果表明,C O2在地下咸水中也具有一定的溶解度,可与地层岩石矿物发生地球化学作用生成新的矿物,从而实现C O2的永久封存。但从经济角度来看,由于缺乏必要的注入井、管道等基础设施,深部咸水层封存C O2的成本较高1 9。1.1.2 C C U S陆地碳封存技术C C U S(碳捕获、利用与封存)陆地碳封存技术是指将C O2从工业过程、能源利用或大气中分离出来,直接形成工业产品,或注入陆地地层以实现C O2永久减排的技术2。应用比较多的有C O2-E O R(C a r b o n d i o x i d e e n h a n c e d o i l r e c o v e r y)与C O2-E C B M(C O2 E n h a n c e d C o a l B e d M e t h a n e)技术。C O2-E O R是一种利用C O2提高油气藏的采收率,同时也封存C O2的方法2 0。具有良好密封性的油气藏,可以长时间封闭油气,因此在注入C O2后,也可以较好地防范C O2的泄漏,是C O2封存的极佳场所2 1-2 2。C O2-E O R具有双重优势,一方面可以提高采收率,能够最大限度地回收油气藏的残余油,使利益最大化,另一方面可以储存大量的C O2,避免C O2排放到大气中。在现有的提高油气采收率方法中,C O2注入最为合适,原因在于C O2降低了石油的黏度,使原油流动能力增加,从而提高了原油产量2 1。与油气藏相比,煤层具有大量的微型裂隙和天然裂缝,对C O2有较强的吸附能力,能够在地质时间尺度上长期封存C O2。同时,煤层中吸附有大量的C H4,而煤层对C H4的吸附能力要弱于C O22 3,因此向煤层中注入C O2,能够有效地替换煤层中的C H4,占据煤层空间并被长期封存,而替换出来的C H4又可以抵消部分注入C O2的费用,这就是C O2-E C B M(C O2 E n h a n c e d C o a l B e d M e t h a n e)技术2 4。C O2-E C B M技术能够同时提高C H4产量和煤气层的商业运营盈利能力和效率2 5,又能够减少大气中的C O2排放量 2 6。虽然C O2-E C B M技术已经取得了良好的经济和社会效应,但仍然存在着较多的问题。有学者研究表明,向煤层中注入C O2会使煤层发生体积变化(膨胀或收缩),导致气体向地表渗漏和解吸2 7,从而影响环境安全。另外,不可开采煤层的判定也受特定时期经济和技术条件限制,随着技术的发展,不可开采煤层可能转变为可开采煤层,而一旦注入C O2未来就难以被重新开采利用2 8。1.2 海洋碳封存技术1.2.1 C C S海洋碳封存技术常见的C C S(碳捕获与封存)海洋碳封存(图2)是将C O2封存于深海沉积物以及海洋水柱中。其4 3 2 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)中深海沉积物封存是将液态C O2直接注入海洋沉积物中。在封存过程中,液态二氧化碳的密度大于周围水的密度会逐渐下沉,叠加二氧化碳与水反应生成二氧化碳水合物并阻塞流动通道,可以对二氧化碳的上浮起到很好的阻碍作用。随着时间的延长,C O2将溶解到沉积物孔隙流体中,形成C O2(a q)并下沉,直到充分稀释,其密度等于周围孔隙流体的密度,进而实现封存2 9。此外,根据海洋碳酸盐溶解 沉积平衡,随着p H值的变化,C O2(a q)溶图2 海洋碳封存示意图F i g.2 M a r i n e u n d e r g r o u n d c a r b o n s e q u e s t r a t i o n t e c h n o l o g y液可能溶解碳酸盐矿物,形成碳酸氢盐,实现更稳定的封存2 9。高压和低温的深海沉积物为C O2提供了一个几乎无限和永久的储存库,有数学模型表明,注入的C O2可在海洋中留存几百年,并且可以在千年尺度的时间范围内保持与大气的隔离3 0。此外,用该方法封存的C O2不会直接与海水接触,避免了常规深海C O2封存可能引起的对海洋生态环境的负面影响3 1。在封存过程中,沉积物的非均质性可以阻止C O2向上运移,并防止其泄漏,有研究表明,非均质捕获方法具有更大的区域范围,其C O2存储能力是重力捕获方法的3倍以上3 2。通过异质性诱导的方法,在许多浅海的海洋沉积物也可以储存C O2,使封存区位选择性更广2 8。海洋水柱封存是依靠海洋中存在的H C O-3、C O2-3、H2C O3、溶解态C O2等构成的相对稳定的缓冲体系,通过一系列的物理反应或化学反应对C O2进行溶解和吸收,最终达到封存的目的。在气态、液态、固态3种相态中,固态C O2最稳定,密度最大且不易分解逸出,会自动向海底沉降,是海洋水柱封存方法中封存效率最高的相态2 6。海洋水柱封存受注入深度影响较大,一些学者通过实验室模拟研究了海洋封存C O2最佳注 入 深 度 问 题3 3-3 4。当C O2注 入 的 深 度 达1 0 0 0 m以上时,无论是气态还是液态的C O2,多数都会溶于海水中3 4。1.2.2 C C U S海洋碳封存技术现阶段C C U S(碳捕获、利用与封存)海洋碳封存技术(图2)以天然气水合物置换封存技术较为常见。天然气水合物置换封存理论最早在2 0世纪末出现,由O h g a k i等3 5提出了C O2置换海底水合物沉积层中C H4的设想。其封存原理是利用C O2替代天然气水合物中的C H4,进而实现碳封存的目的。有学者为证明置换封存的可行性,采用了相场理论来进行模拟置换,结果显示,水合物再生成速率与C O2通过水溶液运送的速率成正比3 6。在热力学上,相同温度、压力条件下C O2水合物比甲烷水合物更稳定,因此可以采用C O2来代替天然气水合物中C H4或其他碳氢化合物的方法来开采天然气水合物中的C H43 5,3 7-3 8。天然气水合物置换封存可同时实现水合物开发和C O2封存,通过C O2替代邓一荣,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)4 3 3 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)C H4还可稳定储层3 9。在C O2封存影响因素方面,有学者在美国阿拉斯加地区采用置换法对水合物进行了试开采,得出C O2封存受天然气水合物储层中流体的流动性影响较大的相关结论4 0。此外,也有研究表明C H4和C O2在水合物相中的扩散速率是 水 合 物 置 换 开 采 以 及C O2封 存 的 控 制因素4 1。2 中国碳封存现状2.1 碳排放概况与封存潜力在碳排放方面,根据1 9 9 02 0 1 9年I n t e r n a-t i o n a l E n e r g y A g e n c y碳排放数据4 2,我国碳排放在1 9 9 02 0 0 0年间处在一个缓慢增长期,C O2排放量年均增长1.0 2亿吨;2 0 0 02 0 1 9年为快速增长期,C O2排放量年均增长3.5 7亿吨(图3)。我国C O2排放总量在2 0 0 7年超过美国达到世界第一,在2 0 1 2年达到美国和欧盟排放量的总和2,4 3。根据中国碳核算数据库数据,碳排放的主要行业有电力、钢铁行业等。以2 0 1 9年为例,电力行业年排放4 6.4 2亿吨C O2,钢铁行业年排放1 9.4 2亿吨C O24 4,两 大 行 业C O2排 放 量 约 占 总 排 放 量的6 6%。数据来源于I n t e r n a t i o n a l E n e r g y A g e n c y,I E A4 2。图3 世界主要经济体C O2排放量F i g.3 1 9 9 0 2 0 2 0 a n n u a l C O2 e m i s s i o n s b y w o r l ds m a j o r e c o n o m i e s就我国碳封存潜力而言,地质封存潜力为1.2 1 4.1 3万亿吨2。利用C O2强化石油开采技术(C O2-E O R)可以封存约5 1亿吨C O2,适宜碳封存的油田主要集中于松辽盆地、渤海湾盆地、鄂尔多斯盆地和准噶尔盆地。深部咸水层的C O2封存容量约为2 4 2 0 0亿吨,其分布与含油气盆地分布基本相同。其中,松辽盆地(6 9 4 5亿吨)、塔里木盆地(5 5 2 8亿吨)和渤海湾盆地(4 9 0 6亿吨)是我国较大的3个陆地封存区域(表1),约占总封存量的一半。除此之外,苏北盆地(4 3 5 7亿吨)和鄂尔多斯盆地(3 3 5 6亿吨)的深部咸水层也具有较大的C O2封存潜力2,4 5。相对于1 9 9 02 0 1 9年中国碳排放总量约4 0 0亿吨4 2,以及到2 0 6 0年预测碳排放总量约4 0 0 0亿吨2来说,国内碳封存潜力较为充足。2.2 碳封存技术与示范项目在国务院、生态环境部、科学技术部、国家发展和改革委员会等部门的共同推动下,我国碳封存技术得到了迅速发展,相关政策逐步完善,科研技术能力和水平日益提升,已成为我国实现碳中和目标的主要手段2,4 6-4 7。经过几年碳封存技术的发展,我国已具备百万吨级别捕集利用与封存C O2的工程能力,正在积极筹备全流程C C U S产业集群,例如国家能源集团鄂尔多斯C C S示范项目已成功开展了1 0万吨/年规模的C C S全流程示范。中石油吉林油田E O R项目是全球正在运行的2 1个大型C C U S项目中唯一一个中国项目,也是亚洲最大的E O R项目,累计已注入C O2超过2 0 0万吨2。相对于欧美来说,我国碳封存技术整体处于工业示范阶段,现有示范项目规模较小,主要以提高石油开采为主。欧美国家已有4 0多个典型碳封存项目运行,主要集中在欧洲及北美,绝大多数用以提高石油开采和咸水层封存2。具有代表性的年封存百万吨级别的项目有挪威S l e i p n e r项目、加拿大边界大坝C O2捕集与储存项目、美国P e t r a N o v a项目、卡塔尔液化天然气项目等1 1,4 8-4 9。中国已投运或建设中的典型碳封存 捕集项目超过1万吨/年规模的约为2 5个,总封存 捕集规模约为3 5 0万吨/年。国内典型碳封存 捕集项目分布如表2所示,典型项目表1 我国主要盆地碳封存类型以及可封存C O2大致潜力T a b l e 1 C a r b o n s t o r a g e t y p e s i n C h i n as m a j o r b a s i n s a n d e s t i m a t e d s t o r a g e c a p a c i t i e s序号名称类型咸水层封存潜力/亿吨1鄂尔多斯盆地C O2-E O R3 3 5 62松辽盆地C O2-E O R6 9 4 53渤海湾盆地C O2-E O R4 9 0 64准噶尔盆地C O2-E O R5塔里木盆地枯竭气藏封存5 5 2 86苏北盆地咸水层封存4 3 5 74 3 4 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)表2 国内典型碳捕集与封存示范项目T a b l e 2 R e p r e s e n t a t i v e d o m e s t i c c a r b o n c a p t u r e a n d s t o r a g e p i l o t p r o j e c t s区域项目名称封存 捕集规模西北地区延长石油陕北煤化工5万吨/年C O2捕集与示范项目5万吨/年克拉玛依敦华石油 新疆油田C O2-E O R项目1 0万吨/年延长石油项目5万吨/年准噶尔盆地新疆油田C O2-E O R项目5 1 0万吨/年长庆油田C O2-E O R项目5万吨/年国家能源集团国华锦界电厂1 5万吨/年燃烧后C O2捕集与封存全流程示范项目1 5万吨/年华中地区华中科技大学3 5 MW富氧燃烧示范项目1 0万吨/年中石化中原油田C O2-E O R项目1 0万吨/年西南地区中电投重庆双槐电厂碳捕集示范项目1万吨/年华南地区华润电力海丰碳捕集测试平台项目2万吨/年恩平1 5-1油田群二氧化碳封存项目3 0万吨/年东北地区中石油吉林油田C O2-E O R示范项目2 5万吨/年大庆油田C O2-E O R示范项目2 0万吨/年二氧化碳基生物降解塑料项目3 0万吨/年华北地区国家能源集团鄂尔多斯咸水层封存项目1 0万吨/年华能绿色煤电I G C C电厂捕集利用和封存项目2万吨/年国电集团天津北塘热电厂项目2万吨/年国家能源投资集团有限责任公司煤制油分公司项目3 0万吨/年华东地区连云港清洁能源动力系统研究设施项目3万吨/年华能石洞口电厂项目1 2万吨/年中石化华东油气田C C U S全流程示范项目1 0万吨/年丽水3 6-1气田C O2分离、液化及制取干冰项目5万吨/年白马山水泥厂5万吨级二氧化碳捕集与纯化示范项目5万吨/年中石化齐鲁石油化工项目3 5万吨/年齐鲁石化 胜利油田C O2-E O R项目1 0 0万吨/年以C O2-E O R为主,规模 为51 0 0万 吨/年2。华东地区碳封存项目数量最多,且典型项目的规模较大,齐鲁石化胜利油田C O2-E O R项目建成后年碳 封 存 规 模 可 达 百 万 吨。西 南 地 区 碳封存项目最少,典型项目仅有1个,且规模较小(1万吨/年)。2.3 广东省碳封存产业需求广东省为我国第一经济大省(1 9 8 9年至今),且工业发达,碳排放量巨大,具备碳封存研究的典型性与代表性,近十年来,广东一直致力于降低碳排放强度,“十二五”期间碳排放强度下降2 3.9%,“十三五”期间下降2 2.3 5%,超额完成国家下达任务;以约5%的碳排放和7%的能耗占比支撑了全国约1 1%的经济总量2。但碳排放总量持续增长,根据碳排放清单数据4 8,广东省1 9 9 72 0 1 9年碳排放持续呈上升趋势(图4),由1 9 9 7年的1.5 5亿吨C O2增长到2 0 1 9年的5.6 9亿吨C O2。预计广东省可于2 0 2 8年实现碳达峰,峰值约为6.2 7亿吨C O25 0。鉴于碳排放量巨大,由此催生了碳封存相图4 广东省1 9 9 72 0 1 9年碳排放量F i g.4 C a r b o n e m i s s i o n s o f G u a n g d o n g p r o v i n c e f r o m 1 9 9 7 t o 2 0 1 9关产业需求。在目前全过程碳封存产业方面,综合碳封存价格为4 3 07 0 0元/吨2,5 1。以2 0 1 9年为例,推算广东省碳封存产业规模为2 4 4 6.73 9 8 3亿元。按照目前碳封存产业大致情况估算,到2 0 2 8年碳达峰,即2 0 1 92 0 2 8年这1 0年期间,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)4 3 5 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)预计总产业规模为3.4万亿元,即使后期碳封存价格随着碳封存技术的发展等因素下降为目前的一半,产业规模也近2万亿元。在不考虑碳封存的基础设施建设投资等相关产业情况下,带动的产业就可达万亿元级别。而广东省现有碳封存项目规模大概为3 0万吨/年2,据推算其碳封存产业规模仅为亿元级规模。对比在碳达峰之前可能催生的碳封存产业规模,产业缺口可达万亿级别,表明今后广东省碳封存产业需求巨大,亟须大力推动广东省内碳封存产业发展。图5 广东省近海沉积盆地F i g.5 O f f s h o r e s e d i m e n t a r y b a s i n s i n G u a n g d o n g2.4 广东省碳封存潜力根据地质调查报告显示,广东省仅有三水盆地、茂名盆地和雷琼盆地的单盆面积大于1 0 0 0 k m2,而茂名盆地产页岩油,地质条件也不适合碳封存的进行,且处于工农业发达、人口稠密地区,不适宜在陆上盆地开展大规模的地质封存工程5 2,