新知｜二氧化碳的“捕捉”与“封存”

    清洁能源有助于减排二氧化碳。新华社发

    今年，碳中和成为被频频提及的热词。

    碳中和，是指国家、企业、产品、活动或个人，在一定时间内直接或间接产生的二氧化碳或温室气体排放总量，通过植树造林、节能减排等形式，自己抵消自己产生的排放量，实现正负抵消，达到相对“零排放”。

    在众多碳中和技术路径中，有一个治理思路，因其可高效降低大气二氧化碳浓度的前景而格外引人注意，那就是碳捕捉。

    那么，排出去的二氧化碳，怎么能捕捉回来呢？

    全球碳预算总额将在2045年耗尽

    地球温度正在上升，极端天气、森林火灾、冰架垮塌等新闻层出不穷。遏制气候变暖成为国际社会迫在眉睫的问题。而二氧化碳作为最主要的温室气体，被认为是遏制气候变暖的突破点。

    因此，碳中和概念应运而生。

    “大家都知道，以石油、煤炭和天然气为代表的化石能源，是现代工业的基础，它们都是由古代生物的遗骸经历一系列复杂变化形成。”专家介绍，这些深藏地壳深处、花费成千上万年完成转化的富碳资源，在过去不到一百年的时间，被人类挖出、提炼、转化、焚烧……驱动人类文明走向物资繁盛，也成为二氧化碳的主要来源。

    河北师范大学资源与环境科学学院教师张曼举例，比如手机，其生产过程会产生大约100千克的二氧化碳排放；汽车发动机每燃烧1升燃料，会向大气层释放约2.5千克的二氧化碳；生产1千克牛肉，会产生将近300千克的碳排放……

    面对这一困境，2015年12月12日的巴黎气候变化大会上通过了《巴黎协定》。《巴黎协定》约定，各国的长期目标是将全球平均气温，较前工业化时期上升幅度控制在2℃以内，并尽力将其限制在1.5℃以内。以其目标上限2℃计算，全球碳排放允许的总量为1万亿吨。这是人类第一次清晰界定了环境承受的极限边界。

    经过政府间气候变化专门委员会（ICPP）测算，自19世纪工业革命以来，全世界累积排放已超过6000亿吨，超过该预算总额的60%。根据当前的排放速度估算，若不采取强力干涉措施，全球碳预算总额将在2045年耗尽。

    “碳预算超支，不仅意味着全球升温2℃导致的海平面上升，还标志着人类调控气候变化的彻底失败。”张曼说，随着两极冰川融化，升温速度越来越快，最终将会导致一场关乎人类存亡的灾难。

    “从逻辑上讲，减少大气中的二氧化碳有两个努力方向。”张曼说，其一，减少输入，在最短时间内转变我们的能源获取方式，不再使用石油、煤炭、天然气等富碳燃料，减少人类活动产生的二氧化碳；其二，增加去路，尽最大可能提高环境和人工二氧化碳的固定能力，直接降低大气中的二氧化碳浓度。

    方案一目前可谓困难重重。因此，提高环境和人工二氧化碳的固定能力的方案二，成为当前技术研发的热点。

    “植物的光合作用让其具有了强大的固碳功能，但时效性慢，难以在短时间内遏制强劲的二氧化碳增加趋势。”因此，张曼表示，工程干预进行碳捕捉是固碳主要研究思路。

    把二氧化碳封存在地下

    碳捕集及储存，是一种收集二氧化碳，将它们运输至储存地点并长期封存的技术。专家介绍，简单来说，就是找个坑把二氧化碳埋了，不让它逃进大气层里捣乱。

    但具体要在哪挖坑，怎么埋？

    “其实埋二氧化碳也没什么特别的，埋地里、埋水里都可以，关键是坑要挖得深，埋要埋得严实。”张曼说，二氧化碳封存的方法一般说来可分为地质封存和矿物封存两类。

    地质封存一般是将超临界状态（气态液态的混合体）的二氧化碳注入深层地质结构中进行封存。常见的适宜碳封存的地质结构包括油田、气田、咸水层、不可开采的煤矿等。

    “地下深部咸水层因具有分布广泛、储存量大等特点而被视为二氧化碳长期封存的最优场地。然而，由于储层应力场改变以及存在的天然裂缝、断层等地质结构、构造，二氧化碳在封存过程中存在泄漏风险。”专家介绍。

    基于此，对二氧化碳运移过程进行实时监测成为国际学界的一个热门课题。

    2019年，中国科学院武汉岩土力学研究所科研人员在实验室利用岩芯驱替夹持器模拟超临界二氧化碳的稳定驱替过程。实验结果表明，岩芯表面动态应变响应与二氧化碳注入压力相关且保持线性增长关系。