摘要 : 過度使用化石能源致使過量排放以CO2為主的溫室氣體 , 并增強(qiáng)全球氣候變暖的趨勢 。碳封存是有效緩解大氣中CO2濃度激增的重要手段 。 海洋碳封存是一種新興的碳減排理念 , 其封存主體是海洋水柱和海底沉積物 , 它們不但封存潛力巨大 , 而且與陸地碳封存相比安全性更高 。 闡述了海洋碳封存的技術(shù)原理與封存機(jī)制、海洋碳封存的潛力與封存時間、影響海洋碳封存的主要因素、海上CO2注入技術(shù) 、CO2泄漏對海洋生物的影響以及CO2泄漏的監(jiān)測技術(shù)等，并對未來海洋碳封存的發(fā)展前景進(jìn)行了展望，指出了未來海洋碳封存技術(shù)的主要研究熱點 。

關(guān)鍵詞 : 碳封存；海洋水柱；海底沉積物；CO2泄漏的監(jiān)測技術(shù)

工業(yè)革命以來因大量使用化石能源致使大氣中CO2濃度激增。據(jù)IPCC第五次評估報告,大氣中CO2濃度從1750年到2011年由278滋g/g增至390.5滋g/g,相當(dāng)于大氣中增加了(240依10)PgC。Arce等對大氣中CO2的估值則更高,認(rèn)為到2100年大氣中CO2濃度會增至工業(yè)革命前的4倍。作為主要溫室氣體的CO2過量排放已使全球氣溫激增,并引起冰雪融化、海平面上升和物種滅絕等嚴(yán)重后果。顯然,控制大氣中CO2濃度已成為全人類共同面對的棘手問題。解決該問題的途徑一是減少碳排放,二是增加碳匯。碳減排包括提高能源利用效率和向低碳能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變等。然而,至少至21世紀(jì)中葉,一次能源供給仍將以化石能源為主。故從能源結(jié)構(gòu)看,碳捕獲和碳封存(CarbonCaptureandStorage,CCS)技術(shù)可能是增加碳匯,控制大氣中CO2濃度最重要、最有效的方法之一。

CCS技術(shù)復(fù)雜多樣,主要包括生物固碳、海洋碳封存、陸地碳封存、碳礦化和工業(yè)利用CO2等技術(shù)。生物固碳是通過強(qiáng)化具有光合能力的生物吸收CO2并將其轉(zhuǎn)變成初級生產(chǎn)力的能力來實現(xiàn)。如海洋施肥原理就是通過向營養(yǎng)素貧化的海域添加受限的營養(yǎng)素來提高初級生產(chǎn)力,達(dá)到增加海洋生物固碳能力的目的。類似地,向海洋投放諸如橄欖巖粉可提高海洋吸收CO2的能力。陸地碳封存是將CO2注入到具有封存能力的地層,并通過致密蓋層的封堵來抑制CO2逃逸,或結(jié)合物理—化學(xué)原理將CO2捕獲并封存于儲層。陸地碳封存主要儲層為深部咸水層,枯竭油氣田、深部不可采煤層和鹽洞等。其中利用CO2提高油氣采收率已發(fā)展成一項應(yīng)用廣泛的成熟開采技術(shù),但因其主要目的是提高油氣采收率,故CO2封存量少、封存時間短,且可能會從鉆井中泄漏出來。深部咸水層在陸上和海上均有分布,很少受地域限制,碳封存潛力巨大;此類碳封存項目也較多,是我國碳封存的重點。

然而,陸地碳封存具有較高的泄漏風(fēng)險,并極易進(jìn)入地下水和土壤,破壞生態(tài)平衡。雖然海洋碳封存與陸地碳封存相比其技術(shù)還不成熟,但其碳封存潛力巨大,且可消除其他碳封存方法易引起的多種擔(dān)憂,具有明顯的優(yōu)勢。表1列出了多個國家在不同類型儲層已實施或正在實施的10個國際碳封存項目。本文將重點闡述海洋碳封存技術(shù)的研究現(xiàn)狀和存在問題,并對該領(lǐng)域的發(fā)展前景進(jìn)行展望。