碳封存：風險與未來

洛根·韋斯特

將溫室氣體貯存于地下是碳捕獲與封存過程中風險最大的一個環(huán)節(jié)，同時也是最容易被人們忽視的一個環(huán)節(jié)。二氧化碳外泄不僅危險，而且還可能使整個CCS過程功虧一簣。

地下數(shù)千米深的存儲區(qū)域的高溫高壓環(huán)境，使二氧化碳處于高密度的超臨界狀態(tài)，成為“流體”，從而限制了其上升。

“2009中國北京國際節(jié)能環(huán)保展覽會”上一環(huán)保組織“氣候在變化地球在發(fā)燒”展臺。 攝影/阿靜/CFP

與垃圾填埋和水調(diào)工程一樣，碳捕獲與封存（CCS）也是一種典型的移花接木式的解決方案。目前，該技術(shù)正方興未艾。事實上，據(jù)國際能源機構(gòu)預(yù)測，2050年，CCS技術(shù)降低的二氧化碳排放將達到100億噸，而可再生能源的減排量為110億噸。

為什么我們要對這項技術(shù)表示樂觀？道理很簡單，技術(shù)是現(xiàn)成的。事實證明，這個行業(yè)有這個能力。CCS技術(shù)是對現(xiàn)有體系的改良，而非顛覆。也就是說，CCS技術(shù)既存在低能效、高成本等缺陷，也有不少反對者。隨著人們對這項技術(shù)的興趣日益濃厚，這一過程本身的細節(jié)在爭論過程中常常被人們所忽略。然而，人們對于二氧化碳儲存的了解是爭論得以繼續(xù)的關(guān)鍵。

二氧化碳到底去哪里了？怎么才能將它封存在那里？如果外泄出來該怎么辦？

對于非地質(zhì)專業(yè)人士而言，他們很難理解儲存的概念。二氧化碳到底去哪里了？怎么才能將它封存在那里？如果外泄出來該怎么辦？儲存的過程是所有CCS項目中風險最高、不確定因素最多的一個環(huán)節(jié)。二氧化碳外泄不僅危險，而且還使整個CCS過程功虧一簣。不僅如此，它還將因此浪費大量的時間和金錢的投入。

那么，碳儲存的工作原理是什么呢？關(guān)鍵是，我們要明白，被儲存起來的二氧化碳與人們每天呼出的二氧化碳不同。地下數(shù)千米深的存儲區(qū)域的高溫高壓環(huán)境，使二氧化碳處于高密度的超臨界狀態(tài)，成為“流體”，從而限制了其上升。

這種二氧化碳被注入到地質(zhì)學(xué)家所說的儲集層。我們的腳下是巖石層。一般而言，它們層層相疊。儲集層又稱蓄水層，是指水以及石油或者天然氣等液體聚集的地層。儲集層的主要特征是巖石中存在大量相互連通的開放孔隙。液體可以從中流過，并儲存于空隙中。被注入其中的二氧化碳“氣柱”，正是以這種形式存在于儲集層內(nèi)。

冠巖與其他獨特的地理構(gòu)造一起，構(gòu)成了封存住二氧化碳的第一道防線。

二氧化碳氣柱能夠存在于儲集層內(nèi)的主要機理有四。其中最為主要的因素就是覆蓋于儲集層上面的具有防滲功能的冠巖。冠巖能夠像瓶蓋那樣將汽水中的碳酸汽封存在瓶中。所有特性中最為關(guān)鍵的是，冠巖要覆蓋住氣柱所在的整個區(qū)域，其面積可達100平方公里。并且還不能有導(dǎo)致漏氣事故發(fā)生的通氣口。冠巖與其他獨特的地理構(gòu)造一起，構(gòu)成了封存住二氧化碳的第一道防線。

氣柱充滿整個孔隙后，由于一些通道過于狹窄，二氧化碳很難通過其中。因此，二氧化碳便被困在孔隙中。然后，由于氣體與儲集層中的水相互作用，一部分氣體會溶解到水中。一旦氣體溶于水后，二氧化碳便失去了所有活性，變得無法自由移動。最終，一部分溶解的物質(zhì)與巖石發(fā)生反應(yīng)，形成礦物質(zhì)，二氧化碳被固化在地底下，長達數(shù)百萬年。

如果方法得當?shù)脑挘?9%的二氧化碳有可能被封存于地下長達千年之久。

有充分的證據(jù)證明，不論是在過去、現(xiàn)在，還是將來，這些二氧化碳的封存機理都非常成功。世界各地都有被自然封存在地下長達數(shù)百萬年的二氧化碳。同時，現(xiàn)有的國際示范工程也成功地運用了CCS技術(shù)。正是出于這一原因，政府間氣候變化專門委員會（IPCC）表示，如果方法得當?shù)脑挘?9%的二氧化碳有可能被封存于地下達千年之久。人類足夠利用這段時間找到零排放能源。

盡管如此，這一技術(shù)還存在許多未知因素。從地質(zhì)層面看，沒有兩處地點的地質(zhì)條件是完全相同的。因此，與碳捕獲技術(shù)不同的是，二氧化碳儲存技術(shù)不存在“放之四海而皆準”的規(guī)劃方案。并且，盡管各種工具能夠幫助我們大致了解地表下的情況，但它們所提供的僅僅是地下實際狀態(tài)的概況。

2009年7月7日，法國巴黎，綠色和平組織成員在埃菲爾鐵塔旁的塞納河里放置了一座16米高的充氣“冰山”，呼吁出席G8峰會的各國首腦關(guān)注氣候變化問題。 攝影/ChinaFotoPress/CFP

儲存地點的前期勘察工作不論多么詳盡，我們對二氧化碳在地表下的運動及反應(yīng)進行預(yù)測時在很大程度上仍然需要憑借猜測。然而，經(jīng)驗和數(shù)據(jù)能夠使不確定因素大大降低，這也就是為什么油田有可能成為二氧化碳儲存的第一批目標地的原因。因為，人們對于油田的地質(zhì)條件充分了解，并且有時我們還可以利用二氧化碳將原本無法開采的原油儲量壓出。

要對備選存儲點進行分析，確定該地點不僅能夠封住二氧化碳，而且還要有足夠的地方儲存二氧化碳，同時氣體在到達該處后，還要能夠被盡快地注入地下。

如果監(jiān)管方和項目的操作方合作，共同確保在儲存的實施過程中，采取高度的防范措施，并加強對有效性的關(guān)注，那么整個過程的不確定性是可控的。儲存的順利實施，關(guān)鍵就在于選擇安全的儲存地點。要對備選存儲點進行分析，確定該地點不僅能夠封住二氧化碳，而且還要有足夠的地方儲存二氧化碳，同時氣體在到達該處后，還要能夠被盡快地注入地下。

為了驗證這些研究，我們應(yīng)該利用收集到的數(shù)據(jù)針對儲存點建立模型，借此對二氧化碳可能的狀態(tài)進行模擬。然后，再利用各種監(jiān)控手段對實際情況進行跟蹤，并對泄漏進行測試。在建模和監(jiān)控雙管齊下的同時，整個過程中還要對可能產(chǎn)生的風險進行評估，并針對泄漏制訂相應(yīng)的應(yīng)對計劃。監(jiān)管方在授予存儲地許可證之前，應(yīng)對所有的準備工作及數(shù)據(jù)進行仔細的審核，并征詢當?shù)貓F體的意見，從而使數(shù)據(jù)更具透明性。

二氧化碳有泄漏的風險，其后果可能會很嚴重，盡管二氧化碳在正常情況下沒有毒性。

即便是采取了一切防范措施，二氧化碳還是會有泄漏的風險，其后果可能會很嚴重，盡管二氧化碳在正常情況下沒有毒性。但是，空氣中存在高濃度的二氧化碳，對人類和植物而言是致命的。這種嚴重的后果，只有在大量二氧化碳快速釋放的情況下才會發(fā)生。而這種情況不太可能會發(fā)生。

然而，更有可能會發(fā)生的情況是，氣體從儲集層緩慢地泄漏，而這種泄漏的危害也很大。二氧化碳泄漏到靠近地表的淺水層后與水發(fā)生反應(yīng)形成弱酸，從而使地下水變得不適合飲用或者不能用于農(nóng)業(yè)或工業(yè)。這種酸甚至?xí)箮r石或土壤中的有毒金屬析出，使周圍的健康和環(huán)境狀況進一步惡化。即便二氧化碳泄漏到大氣中是無害的，它仍然造成了溫室氣體的排放。

如果適合儲存二氧化碳的地點同時蘊藏著其他重要資源時，那么它們將有可能引發(fā)利益沖突。

這讓人們不禁開始思考以下這個問題：碳儲存是否可行？從技術(shù)的角度而言，它是可行的。從經(jīng)濟角度講，同樣是可行的；碳儲存的成本，隨儲存地的不同而不同。但是通常僅占項目總成本的5%。

但是，為什么一些研究估計中國能夠封存高達23000億噸的二氧化碳呢？以中國目前的速度計算，這相當于100年的排放量。不要因為這些估算而變得盲目樂觀。它們只是理論數(shù)據(jù)。未知因素還很多，真正的儲存能力還很難預(yù)測。我們所知的中國的地質(zhì)數(shù)據(jù)還很有限。對于最有可能儲存二氧化碳的鹽堿含水層，我們還知之甚少。

而這些數(shù)據(jù)是石油公司的專有知識。他們不愿將其與他人無償分享。同樣，如果適合儲存二氧化碳的地點同時蘊藏著其他重要資源時，那么它們將有可能引發(fā)利益沖突。此外，中國的儲集層的條件相當復(fù)雜，存在大量的斷層。這些斷層有可能對安全防漏造成威脅。即便是在一些適合二氧化碳儲存的油藏儲層，由于首先需要搞清老探井的數(shù)量，并對這些探井進行封閉，以防止二氧化碳的泄漏，因此，也存在許多有待解決的問題。

大量不確定因素，讓我們無法承受氣體泄漏，以及最起碼會使水源受到污染的風險。

總之，光從地質(zhì)角度考慮進行選址，并不意味著該地真正適合進行二氧化碳儲存。僅僅因為中國西部的新疆具有良好的儲集層，便將二氧化碳從東部的上海運到西部，這種做法是非常不經(jīng)濟的。同樣，將二氧化碳直接打入北京或者其他污染嚴重地區(qū)的地下，也是沒有意義的。這一過程中存在的大量不確定因素，讓我們無法承受氣體泄漏，以及最起碼會使水源受到污染的風險。

當然，中國實際上還是有地方儲存幾十億噸的二氧化碳的。這足以讓其發(fā)揮舉足輕重的作用。我們應(yīng)該著眼于此，然后回過頭來著重討論成本、政策等一系列問題。