地質碳匯是指在儲層、咸水層、煤層等地下巖層中儲存二氧化碳，或通過巖溶作用、礦物碳化、土壤等吸收二氧化碳。中國地質調查局碳中和首席科學家何慶成指出，這是實現碳中和目標極具潛力的一項舉措。“工業化雖極大地豐富了人類的物質文化生活，但也讓化石能源中的碳得到了集中釋放，進而形成了溫室效應。”第53個世界地球日來臨之際，中國地質調查局碳中和首席科學家何慶成表示，保護地球，實現碳中和，地質碳匯可發揮重要作用。
雙碳目標實現面臨挑戰
何慶成說，相關研究表明，產生地球溫室效應的主要原因是大氣中二氧化碳等吸熱性強的溫室氣體逐年增加。“大氣中的二氧化碳等溫室氣體達到一定量后，就相當于給地球穿了件棉襖。地球只能從太陽中吸收熱量，卻無法向外排放熱量，從而導致氣候變暖。人類排放導致每年大氣中凈增二氧化碳約145億噸。”
顯然，要控制溫室效應，就要控制碳的排放。《京都議定書》確定的溫室氣體共6種，即二氧化碳、甲烷、氧化亞氮、氫氟碳化物、全氟化碳、六氟化硫，其中二氧化碳占比62%、甲烷占30%。而這兩者主要源自人類對煤炭、石油、天然氣等化石能源的消耗。
“力爭在2030年前二氧化碳排放達到峰值，2060年前實現碳中和”，這是中國對世界作出的承諾。何慶成對雙碳目標的具體指標進行了說明：2030年，中國人向大氣排放的二氧化碳達到110億～130億噸峰值，之后排放量逐年下降；到2060年，排放的二氧化碳等溫室氣體量等同于人為從大氣消除的量。
何慶成表示，實現這一目標還面臨以下幾方面的挑戰：
一是發展任務仍很艱巨。改革開放后，中國經濟進入快速發展期，在成為世界第二大經濟體的同時，碳排放量也快速增加。現在，要解決人民日益增長的美好生活需要和不平衡不充分的發展之間的矛盾，能源消費在相當長時間內仍將處于較高水平。
二是一定時間內我國能源消費仍將維持以化石能源為主的局面。有關統計資料顯示，2020年，我國排放二氧化碳約100億噸，主要來自化石能源，化石能源占我國能源消費總量近84%，其中煤炭消費占超過50%。今年3月，國家發展改革委、國家能源局發布的《“十四五”現代能源體系規劃》指出，“十四五”是碳達峰的關鍵期、窗口期，并明確了加快能源結構綠色低碳轉型的目標，即2025年非化石能源消費比重達到20%。這意味著化石能源仍將是今后相當長時間內我國能源消費的主力。
三是即使在能源消費以清潔能源為主以后，仍會排放大量二氧化碳。相關研究表明，當清潔能源在我國能源結構中的占比達到70%時，每年二氧化碳的排放量為59.4億噸；即使占比提高到85%，每年的排放量仍有17.2億～34億噸。
地質作用可產生巨大碳匯效應
碳增匯和碳減排是目前國際上公認的實現碳達峰、碳中和的重要手段和有效途徑。何慶成表示，地質作用可對大氣中的二氧化碳產生巨大碳匯效應。
一是地質碳匯可以讓碳重新返回巖石圈。化石能源是地球經億萬年碳自然富集的結果。而人類在化石能源消費時導致碳在短時間內大量集中釋放，超出了生物和地質體的自然吸收能力。現在可利用地質技術讓釋放的碳再回到地質體中，以達到清除大量消費而產生的二氧化碳的目的。
二是地質碳匯潛力巨大。相關研究表明，全球碳循環共有四大碳庫，即大氣、陸地生態系統、海洋和巖石圈，庫容量分別為7500億噸、2.06萬億噸、38萬億噸、1×10?億噸，巖石圈的庫容量是其他三大碳庫總庫容的2450倍。
三是可以讓二氧化碳變成新的生產要素，讓人類在化石能源的消費中實現“魚與熊掌兼得”。如在低產油氣田開采時加注二氧化碳，可提高油氣產量；在開采砂巖型鈾礦時，將二氧化碳、氧氣和水配制成溶浸液，可用于砂巖型鈾礦原地浸出開采新工藝。
何慶成說，地質碳匯主要可從3個方面進行，一是利用硅酸鹽巖石吸收二氧化碳，在巖石碳酸化過程中實現對二氧化碳的封存；二是利用碳酸鹽巖石吸收二氧化碳，在巖石溶蝕過程中封存二氧化碳；三是仿照油氣埋存方式進行二氧化碳地質封存。
“第一種過程，其實就是讓二氧化碳再變成石頭。”何慶成說，在自然巖石中，硅酸鹽與二氧化碳反應形成穩定的碳酸鹽礦物，是調制大氣二氧化碳濃度的主要機制之一。其中基性—超基性巖富含鈣和鎂元素，易與二氧化碳反應形成穩定的碳酸鹽礦物（方解石、白云石和菱鎂礦等），是重要的地質碳匯。冰島和美國開展的基性—超基性巖與二氧化碳反應的實驗項目結果表明，基性—超基性巖礦物碳酸鹽化作用可封存萬億噸到千萬億噸的總碳，顯示了巨大的碳封存能力。“我國含豐富的基性—超基性巖資源，有關研究顯示，我國基性—超基性巖礦化碳匯總潛力達5.2萬億噸。”何慶成說。
碳酸鹽巖風化吸收大氣中的二氧化碳，被稱為巖溶碳匯。在此過程中，大氣圈中的二氧化碳被不斷移出，以碳酸氫根離子的形式進入到水圈，從而起到碳匯的效果。我國巖溶面積占陸域國土面積的1/3，據初步估算，全國巖溶碳匯通量平均每年約為1.84億噸二氧化碳，相當于中國森林碳匯通量的68%、灌草叢碳匯通量的2.7倍、草地碳匯通量的7.3倍。我國地質科技人員已研究提出人工造林種草、土壤改良、外源水灌溉以及水生植物培育等4項巖溶碳匯增匯技術。
地質封存則是將二氧化碳埋藏在適宜的地質結構中。這一方法用于深部煤層、油氣田、咸水含水層時，還可提升煤層氣、油氣或微咸水的產量。有關研究顯示，在油氣田的驅油氣增產時使用的二氧化碳，其中90%～95%將留在儲層中。二氧化碳地質封存技術被認為是我國能源與工業領域達到最大減排量后，最終實現碳中和目標的“兜底”技術，預計2060年貢獻量可達10億～20億噸/年。
打造碳中和地質路線圖
何慶成表示，在努力實現雙碳目標的過程中，地質工作在減碳、增匯、封存中可發揮重要作用。為此，自2020年后，中國地質調查局開展了大量工作，基本形成了具有中國特色的碳中和地質路線圖，即在減碳環節，推進干熱巖勘探與開發、天然氣及其水合物攻關突破、地質儲能潛力評價與先導性試驗等工作；在增匯環節，開展全國巖溶碳匯、農耕區土壤碳匯、濱海濕地碳匯、基性—超基性巖礦化固碳等潛力評價與區劃；在封存環節，實施陸域和海域二氧化碳地質封存潛力及區劃、規模化高碳排放產業集群碳封存示范等項目。
“在總結前期工作經驗、開展系統研究的基礎上，目前，我們已經初步確定了地質調查支撐服務碳中和與碳管理的主要任務。”何慶成說。
一是開展碳中和地質資源調查、監測和評價。通過開展清潔能源及儲能資源、地質碳匯資源以及碳封存資源的調查，穩步提升清潔能源占比。其中，清潔能源資源調查主要包括對地熱能、海域天然氣及其水合物、鈾礦、頁巖氣、能源金屬礦產、海洋能源等的調查；地質碳匯資源調查主要包括對巖溶碳匯、基性—超基性巖礦化碳匯、土壤碳匯、濕地碳匯、海洋碳匯等的調查；碳封存資源調查主要包括對咸水層、玄武巖、枯竭油氣藏、致密沉積巖碳封存資源的調查。
二是開展國土空間碳中和區劃。基于國土空間規劃、用途管制和生態保護修復，圍繞清潔低碳能源基地、重要生態功能區和固碳地下空間，開展國土空間碳中和區劃。
三是開展碳中和地質科技能力建設。包括開展地球系統觀下的碳循環研究，加強能源及礦產勘探開發、地質碳匯人工增匯、碳綜合利用與封存、壓縮氣體地質儲能等技術的研發。
來源| i自然全媒體
