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(fēng)險(xiǎn)最大的一個(gè)環(huán)節(jié)，同時(shí)也是最容易被人們忽視的一個(gè)環(huán)節(jié)。二氧化碳外泄不僅危險(xiǎn)，而且還可能使整個(gè)CCS過程功虧一簣。

地下數(shù)千米深的存儲(chǔ)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(huì)”上一環(huán)保組織“氣候在變化地球在發(fā)燒”展臺(tái)。 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(shí)上，據(jù)國際能源機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，2050年，CCS技術(shù)降低的二氧化碳排放將達(dá)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(duì)這項(xiàng)技術(shù)表示樂觀？道理很簡(jiǎn)單，技術(shù)是現(xiàn)成的。事實(shí)證明，這個(gè)行業(yè)有這個(gè)能力。CCS技術(shù)是對(duì)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(duì)者。隨著人們對(duì)這項(xiàng)技術(shù)的興趣日益濃厚，這一過程本身的細(xì)節(jié)在爭(zhēng)論過程中常常被人們所忽略。然而，人們對(duì)于二氧化碳儲(chǔ)存的了解是爭(zhēng)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(duì)于非地質(zhì)專業(yè)人士而言，他們很難理解儲(chǔ)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(chǔ)存的過程是所有CCS項(xiàng)目中風(fēng)險(xiǎn)最高、不確定因素最多的一個(gè)環(huán)節(jié)。二氧化碳外泄不僅危險(xiǎn)，而且還使整個(gè)CCS過程功虧一簣。不僅如此，它還將因此浪費(fèi)大量的時(shí)間和金錢的投入。

那么，碳儲(chǔ)存的工作原理是什么呢？關(guān)鍵是，我們要明白，被儲(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)集層。我們的腳下是巖石層。一般而言，它們層層相疊。儲(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)集層內(nèi)。

冠巖與其他獨(dú)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?xì)庵軌虼嬖谟趦?chǔ)集層內(nèi)的主要機(jī)理有四。其中最為主要的因素就是覆蓋于儲(chǔ)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(gè)區(qū)域，其面積可達(dá)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(dú)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(gè)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(chǔ)集層中的水相互作用，一部分氣體會(huì)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(dòng)。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(dá)數(shù)百萬年。

如果方法得當(dāng)?shù)脑挘?9%的二氧化碳有可能被封存于地下長達(dá)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(jī)理都非常成功。世界各地都有被自然封存在地下長達(dá)數(shù)百萬年的二氧化碳。同時(shí)，現(xiàn)有的國際示范工程也成功地運(yùn)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(huì)（IPCC）表示，如果方法得當(dāng)?shù)脑挘?9%的二氧化碳有可能被封存于地下達(dá)千年之久。人類足夠利用這段時(shí)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(diǎn)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(chǔ)存技術(shù)不存在“放之四海而皆準(zhǔn)”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(shí)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(huì)的各國首腦關(guān)注氣候變化問題。 攝影/ChinaFotoPress/CFP

儲(chǔ)存地點(diǎn)的前期勘察工作不論多么詳盡，我們對(duì)二氧化碳在地表下的運(yùn)動(dòng)及反應(yīng)進(jìn)行預(yù)測(cè)時(shí)在很大程度上仍然需要憑借猜測(cè)。然而，經(jīng)驗(yàn)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(chǔ)存的第一批目標(biāo)地的原因。因?yàn)?，人們?duì)于油田的地質(zhì)條件充分了解，并且有時(shí)我們還可以利用二氧化碳將原本無法開采的原油儲(chǔ)量壓出。

要對(duì)備選存儲(chǔ)點(diǎn)進(jìn)行分析，確定該地點(diǎn)不僅能夠封住二氧化碳，而且還要有足夠的地方儲(chǔ)存二氧化碳，同時(shí)氣體在到達(dá)該處后，還要能夠被盡快地注入地下。

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

為了驗(yàn)證這些研究，我們應(yīng)該利用收集到的數(shù)據(jù)針對(duì)儲(chǔ)存點(diǎn)建立模型，借此對(duì)二氧化碳可能的狀態(tài)進(jìn)行模擬。然后，再利用各種監(jiān)控手段對(duì)實(shí)際情況進(jìn)行跟蹤，并對(duì)泄漏進(jìn)行測(cè)試。在建模和監(jiān)控雙管齊下的同時(shí)，整個(gè)過程中還要對(duì)可能產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估，并針對(duì)泄漏制訂相應(yīng)的應(yīng)對(duì)計(jì)劃。監(jiān)管方在授予存儲(chǔ)地許可證之前，應(yīng)對(duì)所有的準(zhǔn)備工作及數(shù)據(jù)進(jìn)行仔細(xì)的審核，并征詢當(dāng)?shù)貓F(tuán)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(fēng)險(xiǎn)，其后果可能會(huì)很嚴(yán)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(huì)有泄漏的風(fēng)險(xiǎn)，其后果可能會(huì)很嚴(yán)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(duì)人類和植物而言是致命的。這種嚴(yán)重的后果，只有在大量二氧化碳快速釋放的情況下才會(huì)發(fā)生。而這種情況不太可能會(huì)發(fā)生。

然而，更有可能會(huì)發(fā)生的情況是，氣體從儲(chǔ)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(jìn)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(chǔ)存二氧化碳的地點(diǎn)同時(shí)蘊(yùn)藏著其他重要資源時(shí)，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(gè)問題：碳儲(chǔ)存是否可行？從技術(shù)的角度而言，它是可行的。從經(jīng)濟(jì)角度講，同樣是可行的；碳儲(chǔ)存的成本，隨儲(chǔ)存地的不同而不同。但是通常僅占項(xiàng)目總成本的5%。

但是，為什么一些研究估計(jì)中國能夠封存高達(dá)23000億噸的二氧化碳呢？以中國目前的速度計(jì)算，這相當(dāng)于100年的排放量。不要因?yàn)檫@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(chǔ)存能力還很難預(yù)測(cè)。我們所知的中國的地質(zhì)數(shù)據(jù)還很有限。對(duì)于最有可能儲(chǔ)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(shí)。他們不愿將其與他人無償分享。同樣，如果適合儲(chǔ)存二氧化碳的地點(diǎn)同時(shí)蘊(yùn)藏著其他重要資源時(shí)，那么它們將有可能引發(fā)利益沖突。此外，中國的儲(chǔ)集層的條件相當(dāng)復(fù)雜，存在大量的斷層。這些斷層有可能對(duì)安全防漏造成威脅。即便是在一些適合二氧化碳儲(chǔ)存的油藏儲(chǔ)層，由于首先需要搞清老探井的數(shù)量，并對(duì)這些探井進(jìn)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(huì)使水源受到污染的風(fēng)險(xiǎn)。

總之，光從地質(zhì)角度考慮進(jìn)行選址，并不意味著該地真正適合進(jìn)行二氧化碳儲(chǔ)存。僅僅因?yàn)橹袊鞑康男陆哂辛己玫膬?chǔ)集層，便將二氧化碳從東部的上海運(yùn)到西部，這種做法是非常不經(jīng)濟(jì)的。同樣，將二氧化碳直接打入北京或者其他污染嚴(yán)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(huì)使水源受到污染的風(fēng)險(xiǎn)。

當(dāng)然，中國實(shí)際上還是有地方儲(chǔ)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。