我国海上首个百万吨级二氧化碳封存工程在中国海油恩平15-1原油项目投用
记者 邝展婷
日前，全球首套散货船碳捕集系统（CCS）成功交付，为碳捕集助力航运业碳减排再添例证。而将通过CCS捕集到的二氧化碳封存在海洋，也是一个重要课题，其中需要的技术与装备还亟待成熟化与商用化。
业内专家表示，目前，应对气候变化的全球行动正在加速，在不可能完全放弃化石能源的前提下，碳捕集利用与封存（CCUS）技术作为碳中和技术不可或缺的重要组成部分，是实现《巴黎协定》温控目标的关键技术手段和托底技术保障。海洋碳汇相关的技术与装备无疑将成为未来的市场热点。
海洋封碳是“大头”
相比较于陆地，海洋环境有着更有利于封存二氧化碳的条件
研究显示，结合中国全行业中CCUS技术的应用以及未来减排需求，中国CCUS需求在2025年为1400万～3100万吨/年，2030年将增长到0.58亿～1.47亿吨/年，2050年将达到18.7亿～22.45亿吨/年，2060年约为21.1亿～25.3亿吨/年。
要实现规模化的CCUS，海洋必须在其中担当重要角色。二氧化碳封存于海洋，不仅能为碳中和提供重要支撑，还能够为二氧化碳的利用与相关产业链拓展提供全新发展方向。中国海域二氧化碳地质封存潜力评价结果显示，我国海域二氧化碳地质封存潜力巨大，预测达2.58万亿吨。
中国生物多样性保护与绿色发展基金会副理事长兼秘书长周晋峰认为，在调和经济与气候关系的过程中，应发挥海洋固碳作用，将海洋开发的负面影响转化为正面影响。
相比较于陆地，海洋环境有着更有利于封存二氧化碳的条件。据中海油研究总院水合物和海洋资源战略研究中心主任、首席工程师李清平介绍，从封存环境看，海底形成的圈闭面积大、水层和盖层条件好、稳定性好；在深海高压、低温环境中，二氧化碳呈现出气态、液态、固态等多相态转换，有望扩展碳封存空间和模式，实现多级多模式海洋柔性封储固碳；而且由于海上远离人口密集区，工程实施及项目运行对人类生活影响较小，对环境的影响也更小。从有效消纳的条件看，海洋环境下的溶解泵、物理泵、化学泵，可以为二氧化碳提供物理固碳的有利条件，海底碳酸盐生成速度更快，可以促成永久矿化的实现。
实施海底碳封存，在国外已被证实安全有效。其中，海底碳封存运行时间最长、最为成熟的案例是挪威1996年启动的Sleipner油田CCUS项目。该项目将油气开采过程中产生的二氧化碳进行分离，通过一口斜井将其注回到咸水层，利用海底咸水层地质结构的气密性来封存二氧化碳。这是世界上第一个商业规模的咸水层碳封存工程，运行20余年来，每年封存二氧化碳100万吨。截至目前，封存的二氧化碳没有异常活动，无泄漏情况出现。
而我国的海洋碳封存也已经取得了阶段性成果。我国首个海上二氧化碳封存示范工程恩平15-1项目中，油田开发伴生的二氧化碳通过一套二氧化碳回注系统和二氧化碳回注井，被捕获、分离、加压至气液混合的超临界状态，以每小时超8700立方米的速度回注至距平台3公里、海底地层800多米的咸水层中。2023年6月1日投用后，该项目已累计封存二氧化碳超2000万立方米。据悉，目前中国海油还有两个海底碳封存项目正处于预研阶段。一个位于东海，计划利用采空的天然气田来封存二氧化碳；一个位于渤海，计划将二氧化碳封存于油气田。
岸碳入海已启动
以目前我国的碳排放量估算，中国近海盆地可满足200年左右的封存需求
我国沿海是经济发达与人口密集地区，同时也是碳排放源众多的区域，由于沿海地区陆域地质条件的限制，250公里内陆地封存是难以实现的。但近海盆地却是一块“宝地”：海洋勘探程度高、地质构造完整，以目前我国的碳排放量估算，中国近海盆地可满足200年左右的封存要求。以“岸碳入海”的方式实现陆地工业CCUS是现实的选择。
2023年1月，中国海油、广东省发改委、壳牌集团和埃克森美孚公司签署协议，在大亚湾石化园区开展规模化CCS/CCUS集群全产业链示范项目的技术、商业及政策可行性研究和评估工作，标志着我国首个海上规模化千万吨级CCS/CCUS集群研究项目正式启动。在源汇匹配、输送距离短等巨大优势下，大亚湾研究项目将通过捕集装置，收集大亚湾区各企业在生产中排放的二氧化碳，并利用恩平15-1项目形成的技术和装备，输送到附近符合条件的海域进行封存或地质利用。
如果说恩平15-1项目是以油田开发伴生二氧化碳为封存对象的海洋碳封存示范工程，那么大亚湾项目就是真正面向陆域二氧化碳的商业化海洋碳封存项目。作为先导示范，恩平15-1项目的海上油气田伴生二氧化碳回注技术既能提高采收率、延长采收期，也是大规模利用海洋碳汇功能的有效试验，为大亚湾项目商业化海洋碳封存提供技术应用的数据和经验。同时，大亚湾项目也是中国海油《粤港澳大湾区岸碳入海发展策略研究》课题的实际应用，其依托CCS/CCUS等成熟技术，将陆地上能源利用、工业过程等排放源或空气中捕集分离的二氧化碳，通过罐车、管道、船舶等输送到海洋中加以利用或封存。从百万吨级到千万吨级，从示范工程到商业项目，从伴生二氧化碳到陆域二氧化碳，我国海底碳封存规模化、产业化发展开始“上路”。
全套装备体系待打造
建立绿色低碳海洋能源体系，形成自主可控的技术及装备体系势在必行
恩平15-1项目的二氧化碳回注深度是海底地层800多米，而挪威最新建设的北极光项目，二氧化碳注入和封存深度已经达到了海床下2600米。虽然二氧化碳海底封存的条件并不是以深度为唯一衡量标准，但是从压力和温度的角度来粗浅理解，深海环境确实普遍更适宜进行二氧化碳的封存，海底碳封存选址埋深一般都超过800米。要推动二氧化碳海底封存规模化发展，充分利用海洋碳汇功能，助力双碳目标的实现，必须着力在二氧化碳海底封存技术与装备方面进行突破，实现装备研发制造自主可控，建立规模化商业化CCUS产业链。
海上碳封存与陆上碳封存有着较大的技术差异。在选址阶段，需要扎实的海洋地质数据，从深度、储集性能、封闭性、库容量等多维度评估咸水层注入封存二氧化碳的可行性；在回注阶段，受制于海上操作空间、平台承载能力、海洋高湿高盐的环境以及二氧化碳的物理、化学特性，不仅无法照搬常规陆用碳捕集及回注封存装置，也无法照搬海上油气田的油井钻完井技术。通过恩平15-1项目，中国海油研制了首套复合材料CO2分子筛脱水橇、首套超临界大分子压缩机等适用于海洋高湿高盐环境的CCUS设备，打造了海上二氧化碳捕集、处理、注入、封存和监测的全套技术和装备体系，进一步推动了关键设备国产化进程。
李清平认为，要推动二氧化碳海洋封存，应充分发挥我国在海上油气开发领域的资源和技术优势，在中国近海部署CCUS产业集群，探索二氧化碳利用与封存产业发展路径；进一步研发二氧化碳捕集技术，从多种角度增加碳捕集技术的应用场景，降低装备成本和能耗；加快我国海洋地质构造碳封存技术研究，包括海洋地质碳封存区划、海洋地质碳封存与资源协同性研究等，探索海洋地质碳封存数据库建设；加快海洋二氧化碳区域监测及风险防控能力建设，如封存区二氧化碳泄露致灾机制、环境地质监测技术与装备、监测预警预报体系构建等。
对于海洋封存装备领域，业内专家认为，应发挥海洋工程创新科技的引领作用，有序实施海洋能源、资源开发多能融合和固碳一体化技术研发及应用，形成自主可控的技术及装备体系。这方面，我国相关企业已经取得一定进展，如中国船舶集团旗下大连造船研发的50000立方米液化二氧化碳浮式储存和注入平台（FSIU）在去年年底获得了DNV船级社的原则性认可（AiP）证书，为多碳源地远距离海上碳封存提供了可靠技术装备。目前，大连造船在建的2艘全球首制7500立方米液态二氧化碳运输船将服务于挪威北极光项目。