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海底碳储存:大规模工业储碳的“新希望”

来源:美国环保协会 作者:孙芳 杨小力 人气: 发布时间:2019-10-30 20:30:53

编者按:10月23日至24日,“我们的海洋大会”(Our Ocean Conference 2019)在挪威首都奥斯陆召开,可持续海洋议题再次受到关注。美国环保协会(EDF)认为,在全球气候变化加剧的背景下,有必要让读者了解可持续海洋的发展进程及其作为气候变化解决方案的可能性。今年9月底,由12个国家的政府首脑和联合国秘书长海洋特使组成的“可持续海洋经济高级别小组(High Level Panel for a Sustainable Ocean Economy)”发表了《海洋为气候变化提供解决方案》报告,从海洋可再生能源、海洋运输、海滨和海洋生态系统、渔业和养殖、海底碳存储五大方面详细阐释了海洋是否可成为应对气候变化的手段。EDF摘编报告精华内容并编纂成系列文章,以供分享、探讨。本文为海底碳储存篇。

海洋的天然碳储存量是150,000Gt CO₂e, 相比大气圈2, 000Gt CO₂e和陆地生物圈的7,300Gt CO₂e而言,可以说海洋是一个“巨型碳库”。那么,海洋这一“巨型碳库”里的碳储存在哪里?海底是备受关注的“答案”。

工业储碳,为何选择海底?

海洋每年可以吸收人类活动产生的100亿吨二氧化碳,大约是人类活动排放二氧化碳总量的20%-30%。因此,理论上来说,海洋具有很大的碳储存潜力,进而减少人类活动产生的二氧化碳对环境的负面影响。

目前海底碳储存方式包括将二氧化碳注入海底地层(地质碳封存)、二氧化碳存储在海底表层(二氧化碳湖泊)、二氧化碳注入深海、碳酸盐溶解、添加碱性矿物 和海洋施肥,目前除海底地质碳封存外,科学界还在对其他海洋碳储存方式进行研究。但是,任何海洋相关的碳储存建议,都需要考虑对海洋环境和生态系统的潜在风险,以及相关的技术、经济、社会、和政治挑战。海洋碳储存需要考虑很多因素,包括二氧化碳的来源是集中的(从电厂烟气中捕获)还是分散的(从大气中收集);是将二氧化碳集中存储(海底储存库)还是分散储存(混入深海);二氧化碳的来源(发电厂、大气、生物质)以及化学状态(分子态二氧化碳,通过增加碱性达到电荷平衡的离子态,有机碳)。

需要注意的是,本文不涉及垂直海洋管道系统。可靠的科学研究表明,富含二氧化碳的海水会从海洋深处通过管道上涌,因此这种方式并不有效。还有一些研究表明,从海洋中提取二氧化碳在商业上是可行的,但缺乏足够的信息去评估该方法的可行性和系统的有效性。

因此,在海底储存高浓度和压缩的二氧化碳,成为目前能在一定工业规模上应用的唯一选择,也是到2030年及以后有可能大规模应用的唯一选择。但迄今为止,海底碳储存在实际中仅用于提高挪威海岸天然气开采量。

如何操作?

海底碳捕获和封存需要将二氧化碳浓缩、压缩输送到深海注入点。基于大量研究,《海洋为气候变化提供解决方案》认为,从化石燃料电厂捕获和压缩二氧化碳的成本在20-95美元/吨,运输成本在1-10美元/吨,地质封存成本在0.5-10美元/吨,如果注入1000米以下海底,成本在5-30美元/吨。

发电厂产生的温室气体排放约占全球排放量的25%(IPCC 2014),其中10%的电厂温室气体排放(约占总排放量的2.5%)位于距离海洋很近的地方,这使海底碳封存技术在处理发电产生的二氧化碳方面是经济可行的(SRCC 2015)。海底碳储存的潜力可能高达全球二氧化碳排放量的2.5%。在2018年全球CO₂排放率下,预估将产生1 GtCO₂e的减排潜力。但由于已建电厂新建碳捕获和储存设施和通往海底的管道造价较高,所以2030的减排潜力很可能减少10倍(约0.1 GtCO₂e)。

问题与挑战

从政策层面来说,海洋碳储存涉及到政策干预的问题,包括国内与国际两个层面。由于海底碳储存是在国家领海内进行,因此主要管理机构是国家。如果一切都按预定计划进行,主要的环境问题就是工业活动对当地环境的干扰。而国际影响主要与其风险和计划失败有关。如果要安全地使用这些技术而不产生意外后果,就必须继续提高科学认识。

从技术层面来说,海底碳储存并不涉及重大的创新,其只是陆地碳储存活动的延伸。最大的技术挑战就是如何使技术与大规模海底碳储存所引起的问题相匹配。此外,利用海洋作为碳库的最大障碍是对环境影响的担忧,但如果方法得当,其中的某些技术可以将大气中的二氧化碳与海水隔离几百万年。有些技术还可能会产生协同效益,减少海洋酸化相关的影响。但如果海底碳存储方法使用不当,则会影响海洋的化学、物理和生态过程,进而加强海洋酸化,损害海洋生态系统。

(编辑:逍遥客)

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