中国工程院院士周守为谈海洋CO₂固化封存新路径

当前，全球碳排放总量巨大，“碳达峰、碳中和”成为人类应对气候变化的政治共识。除了引导行业绿色高质量发展以外，碳捕集利用与封存（CCUS）技术则是助力全球碳中和目标实现的重要战略性技术。3月27日，在中关村论坛—工程科技创新论坛上，中国工程院院士、中国海洋石油集团有限公司教授级高级工程师周守为介绍了一种新的固碳路径，即将海底天然气水合物开发的难点变成二氧化碳封存的优势，进而实现规模化海洋固碳。

CCUS为实现碳中和兜底

2023年全球化石燃料CO₂排放量达368亿吨，而我国CO₂排放量达到了126亿吨，约占全球碳排放量的三分之一，实现“碳达峰、碳中和”目标面临较大挑战。

周守为院士指出，CCUS技术是未来实现碳中和的兜底保障。根据IEA《能源技术展望报告2017》提到，到2060年，累计减排量的14%将来自CCUS，但现有的封存量很难匹配需求量。从国际来看，截至2023年捕集碳能力为4900万吨/年，全球营运或者建设中的CCUS项目有140个，仅占2023年全球碳排放量（368亿吨）的1.33‰。从国内来看，到2023年，我国年捕集规模可达600万吨/年，仅占我国2023年碳排放的（温室气体总量144.65亿吨）4.15‱。因此，CCUS技术的潜力仍待挖掘。

在二氧化碳捕集方面，欧洲走在前列。以挪威“北极光”海洋二氧化碳液态封存项目为例，该项目投资15亿美元，输送能力为7500立方米/船。“咸水层”封存成为目前碳封存的主流方式，而在我国的CCUS项目中，只有恩平为咸水层封存项目，其余均为EOR（二氧化碳捕集埋存与提高采收率）项目。

海洋固碳潜力巨大

周守为院士介绍道，海洋是地球上最大的活跃碳库，是实现“双碳”目标的重要增长极。海洋占地球表面积的71%，二氧化碳封存潜力巨大。相关文献指出海上碳封存碳储量约是陆地的20倍，大气的53倍，海洋碳封存大有可为。此外，海洋碳封存还具有环境友好（海水是天然屏障、风险更低）、离岸封存（近海盆地和深海）、永久矿化(海底碳酸盐生成与固化）等优势。因此，周守为院士建议要加快海洋碳封存理论、技术及装备的研发，具有重大战略意义。

海洋封存二氧化碳包括近海生态固碳、海洋生物固碳、海洋地质固碳、深海二氧化碳水合物多相态封储固碳等途径。其中，近海生态固碳和海洋生物固碳埋存量大、时间长，但定量存在困难；海洋地质固碳和深海二氧化碳水合物固碳是人工固碳途径，能够量化研究。

现有的地质封存技术存在成本高、规模小、工艺复杂，流体储层易泄漏，需要合适圈闭构造等问题。

改变思维将难点转化为优势

针对天然气水合物难以开发问题，周守为院士指出进行观念转变是关键，采用逆向思维，顺应自然，加速自然，借助自然的力量，将海洋水合物开发的难点转化为CO₂水合物海洋封存的优势，实现二氧化碳水合物的海底固化封存。

周守为院士分析认为，通常情况下，海洋天然气水合物的形成条件为水深大于600米、温度为0～3摄氏度；而海洋二氧化碳水合物形成的条件则相对宽泛——水深大于500米、温度低于10摄氏度。因此CO₂水合物比CH₄水合物更容易形成，在低温高压的海洋环境下，天然气水合物长期稳定不易开发，正好也是CO₂封存的有利条件。此外，海洋天然气水合物大多没有密封性的圈闭构造，因此形成CO₂水合物也不需要密闭构造，可望大规模形成固态并封存，固化后的CO₂水合物能够保持长期固态，长期稳定，不易气化，更易封存。在深海的浅层多为泥质粉砂或不成岩的胶结疏松的泥、沙、水混合层，而疏松的混合层也更易于CO₂的注入和CO₂水合物的形成、封存。相比现存的CO₂封存模式，CO₂水合物不需要进行密封性评价，原则上也不存在封存量的限制，埋存地点相对宽泛。

因此，要借鉴海洋天然气水合物的自然形成原理，人为加快CO₂水合物的生产速率，实现CO₂水合物在深海海底或深海浅层的固化封存。

培育海洋CO₂水合物封存产业链

要将CO₂注入水合物下伏层形成永久封存，研究方向及目标上主要有五点，首先要注得进，其次要生得成，再次要封得住，最后就要看得见且形成生态美。

因此，周守为院士及其团队就CO₂怎样在高压低温下形成CO₂水合物进行了初步的实验验证，在海洋环境下，CCO₂水合物海底生成进行了模拟试验。研究表明海洋温压条件下纯水中CO₂溶解度较高，溶解在水中的CO₂可全部生成水合物，且生成较易。海水中CO₂水合物成形较好，可实现碳矿CO₂水合物封存，达到碳矿封存“生得成”目标。且压力波动影响对CO₂水合物分解影响不大，可达到碳矿封存“稳得住”目标。

周守为院士表示，海洋CO₂固化封存方向正确，但仍有大量难题需要探索。未来，我们要大力培育CCUS新产业，即海洋CO₂水合物封存产业链，并建立3000m深水CO₂水合物多相态、多层系固化封存技术体系，最终能够建立起海上多能种一体化开发利用模式。