二氧化碳捕集與封存（CCS）的大規(guī)模部署在全球?qū)崿F(xiàn)凈零排放的道路中顯得越發(fā)緊迫，但CCS的全球部署顯著落后于預(yù)期。回顧和學(xué)習(xí)先進(jìn)國家CCS項(xiàng)目成功的實(shí)踐與歷史，研究不同CCS項(xiàng)目的技術(shù)創(chuàng)新以及科學(xué)研究成果與認(rèn)識，有助于包括中國在內(nèi)的國家采取科學(xué)的方法來推動(dòng)與部署CCS項(xiàng)目。

在CCS關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)與示范中，西北大學(xué)的馬勁風(fēng)教授研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為先進(jìn)國家CCS科技基礎(chǔ)研究設(shè)施的建立，成為其CCS技術(shù)源頭創(chuàng)新、成本降低、風(fēng)險(xiǎn)降低、商業(yè)化推廣及人才培養(yǎng)的源泉。因此在分析對比國際CCS科技基礎(chǔ)研究設(shè)施特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)分析了加拿大Weyburn-Midale項(xiàng)目從高濃度世界最大規(guī)模煤化工CO2捕集，到低濃度世界最大燃煤電廠年百萬噸CO2捕集的實(shí)施歷程與技術(shù)創(chuàng)新（圖1）。

圖1. 科學(xué)研究設(shè)施的建立和扎實(shí)的科學(xué)研究奠定了Weyburn-Midale項(xiàng)目成功的基礎(chǔ)。

Weyburn-Midale項(xiàng)目建立了世界最大的CO2地質(zhì)封存科學(xué)試驗(yàn)場，開展了持續(xù)12年的地質(zhì)封存安全性與封存量的觀測、監(jiān)測與證實(shí)（MMV）試驗(yàn)。特別是項(xiàng)目研發(fā)的多次四維地震監(jiān)測技術(shù)，確定了不同注入階段CO2在地下的成像，在證明CO2在地下賦存狀態(tài)與安全性的同時(shí)，也證明了CO2驅(qū)油的效果與波及范圍。CO2的地下監(jiān)測成像支撐了CO2驅(qū)油生產(chǎn)方案的調(diào)整，使得這個(gè)自1955年就開發(fā)的油田保持穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)。在沒有政府激勵(lì)政策的情況下，Weyburn-Midale項(xiàng)目從2000年10月開始以每年200萬噸的規(guī)模注入CO2，到2021年累積封存超過3500萬噸CO2，企業(yè)持續(xù)保持盈利，并成為負(fù)排放企業(yè)。

加拿大薩斯喀徹溫省SaskPower邊界壩電廠百萬噸級CO2捕集設(shè)施運(yùn)行的實(shí)踐也表明，降低低濃度CO2捕集的能耗、減小化學(xué)吸收劑的衰竭、提高燃燒后CO2捕集系統(tǒng)的運(yùn)行效率和穩(wěn)定性成為制約大規(guī)模CCS部署的關(guān)鍵。

解決大規(guī)模捕集CO2歸宿的驅(qū)動(dòng)力是大規(guī)模CO2地質(zhì)封存，這也是CCS項(xiàng)目的最終目標(biāo)。西北大學(xué)的馬勁風(fēng)教授研究團(tuán)隊(duì)分析了CO2地質(zhì)封存的安全性與風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控，斷層活化和蓋層突破、觀測、監(jiān)測與證實(shí)（MMV）的科學(xué)與技術(shù)問題現(xiàn)狀。其中如何進(jìn)行現(xiàn)場級的CO2地質(zhì)封存觀測、監(jiān)測與證實(shí)（MMV）的一系列技術(shù)方法研發(fā)，進(jìn)而評估地下封存風(fēng)險(xiǎn)和封存量，并確保地下長期封存的安全性，是地質(zhì)封存面臨的最關(guān)鍵科學(xué)與技術(shù)問題。

西北大學(xué)的馬勁風(fēng)教授研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，先進(jìn)國家建設(shè)的CCS科技基礎(chǔ)研究設(shè)施，對于CCS基礎(chǔ)科學(xué)問題的理解、降低全流程CCS技術(shù)環(huán)節(jié)的成本、長期地質(zhì)封存的安全性監(jiān)測、先進(jìn)技術(shù)研發(fā)和進(jìn)一步的商業(yè)化推廣示范以及人才培養(yǎng)起到至關(guān)重要的推動(dòng)作用。雖然先進(jìn)國家的CCS研究與知識共享，有助于加速CCS在其他國家降低成本、降低風(fēng)險(xiǎn)與商業(yè)化布局，但是地質(zhì)條件的復(fù)雜性使得許多技術(shù)難以直接復(fù)制和取得應(yīng)有的效果，比如中國的CO2強(qiáng)化驅(qū)油（EOR）并未取得像北美國家那樣高和穩(wěn)定的驅(qū)油效果。對注入地下的CO2封存狀態(tài)、運(yùn)聚規(guī)律、安全性等科學(xué)問題研究和認(rèn)識的不足制約了CO2-EOR與封存的規(guī)模化發(fā)展。如果缺乏CCS科學(xué)研究設(shè)施的研究與技術(shù)支撐，即便開展大規(guī)模CCS項(xiàng)目的建設(shè)，也難以持續(xù)運(yùn)行且不能達(dá)到大規(guī)模、快速減排的目標(biāo)。咸水層CO2封存可以更好地耦合多種碳排放源，是目前需要優(yōu)先發(fā)展的方向。

來源：Engineering