地质碳存储作为应对全球气候变化的核心技术之一,其在减少大气中二氧化碳浓度、实现碳中和目标方面被寄予厚望。然而,碳存储并非毫无限制,其存储容量存在科学和技术上的极限。近期学术研究通过空间显式的风险评估方法,明确指出全球地质碳存储的谨慎行星极限约为1,460亿吨二氧化碳,这一发现对全球减排行动具有重要的指导意义。碳捕获与存储技术(CCS)广泛应用于工业废气、燃煤发电、水泥制造以及化石能源燃烧等领域,以防止大量二氧化碳排入大气,但目前的部署规模远未达到满足全球减排需求的水平。研究表明,现阶段全球CCS年捕获能力仅为4900万吨二氧化碳,而规划建设中项目则约为4.16亿吨,距离未来预期的百亿吨级存储规模还有巨大差距。尽管地质储层理论上的存储能力可能高达数万亿吨,但其中可实际利用的安全且环境风险较低的容量大幅减少。
分析指出,诸多风险因素和地理限制,包括地震活动、地下水安全、生态保护区、海洋经济区界限以及邻国海域争议等,均限制了可用储层面积和容量。深层盐水含水层和耗竭油气田是当前首选的地质储存位置,因矿物结构稳定且注入后的二氧化碳能长期被封闭,但储存深度通常需要维持在1至2.5公里之间,确保二氧化碳处于超临界状态以实现最大容量,同时避免地层破坏。环境保护层面,对人类聚居区的安全距离需要严格设定,研究建议在城市及人口密集区周边至少设置25公里的缓冲区,以防止潜在泄漏对公共健康和地下水质造成威胁。除空间限制外,地质特性、断层活动、油气井老化等工程风险也对储存安全构成挑战,任何故障都可能导致二氧化碳泄漏,使温室气体重新进入大气,进而抹杀其减缓气候变化的效果。政策与社会层面,公众对CCS技术的接受度及各国间政策法规的不确定性同样影响其推广。部分欧洲国家限制甚至禁止地质碳存储,国际法律体系下跨境海域的碳注入权属争议尚无完善解决机制,这些均增加了全球大规模部署的复杂性。
合理运用和保护这一有限资源,需要各国明确使用优先级,平衡当下化石燃料排放缓解与未来空气净化的碳吸收需求,以实现代际公平。未来气候模型多基于假设大规模CCS支持净零和净负排放目标,但当前的研究揭示,若长期依赖地质碳存储,超出谨慎设定的极限将不可避免,极大限制可逆转的全球升温幅度。这意味着大规模、持续的碳注入活动,即便在严格减排背景下,也将在本世纪后期导致储存容量枯竭,温室气体浓度难以得到有效控制。更遑论化石燃料继续燃烧并依靠CCS减排,将直接消耗可用于大气碳清除的存储空间,降低实现1.5摄氏度温控目标的可能性。同时,研究还探讨了应对储存限制的潜在策略,包括发展碳矿化技术,利用玄武岩等基质实现长效稳定的碳封存,但该技术现仍处于试验和初始应用阶段,规模化潜力仍需深入评估。实施有效的风险管理与严格空间规划,提升注入速率与长期监测能力,对避免泄露和最大化储存效益至关重要。
除此之外,通过多样化负排放技术组合,如自然碳汇的扩展和生物能源与碳捕集储存(BECCS)的协同作用,可在一定程度上缓解地质储存压力。各国应通过公平分配碳存储资源,依据历史排放责任和经济承受能力制定合理的碳管理政策,国际社会也应支持跨境合作,构建公正透明的碳储存治理框架。审慎制定行星级地质碳存储极限的科学估算,为设定全球碳预算提供了坚实基础,促进全社会重视碳捕获与存储资源的有限性和关键性。展望未来,约束储存资源的理性规划将是确保减排目标顺利达成、实现全球气候治理成效的重要保障。只有将地质碳存储视为世代共有的宝贵资源,并统筹各方面因素综合管理,才能最大化其在全球能源转型和气候调控中的贡献,确立持续、稳定的低碳未来。 。
