随着全球气候变化问题日益突出,减缓温室气体排放和实现碳中和目标成为国际社会的共同任务。地质碳存储(Geologic Carbon Storage)作为减缓碳排放和实现大规模碳捕集和封存的重要技术,被视为未来低碳经济转型的关键手段。然而,最新研究显示,地质碳存储并非无限制,其潜力存在明显的上限,审慎界定这一极限对于全球气候战略规划至关重要。 地质碳存储的概念和意义 地质碳存储是指通过将二氧化碳捕集后注入地下沉积盆地中的深层含水层、枯竭油气田或火山岩体中,实现二氧化碳的长期封存,避免其释放到大气中而引发气候变暖。因其能有效减少燃烧化石燃料所产生的碳排放,并支持碳负排放(Carbon Dioxide Removal, CDR)措施,地质碳存储在《巴黎协定》及联合国气候框架下成为多国气候行动规划的一部分。 然而,尽管科学界对地质碳存储技术的积极推动和投资持续增加,全球范围内实际投入运营的碳捕集与封存设施仍然有限,多数集中于沉积盆地的深层盐水含水层和废弃油气田。
技术潜力被广泛估计高达数万亿吨二氧化碳,但现实应用受多重风险和限制影响,导致可用容量远小于理论估算。 审慎视角下的地质碳存储极限 2025年9月发表在Nature期刊上的最新研究系统梳理了全球沉积盆地的碳存储潜力,基于包括地质安全、环境保护、人口密度、海洋法和政治政策等多维风险因素,提出了一个审慎的全球地质碳存储极限,大约为1460亿吨二氧化碳。研究从技术潜力接近1.18万亿吨,经多层排除风险区域,最终定量了一套适度、风险可控且可持续的碳存储容量。 该研究强调,多数当前规划和气候模型中大规模依赖地质碳存储的情景存在突破该极限的较大风险,尤其是在未能及时大幅减少碳排放的情况下。地质碳存储的安全性关键在于封存地质结构的稳定性,包括封盖层的完整性、深层地震活动的限制以及注入压力对岩层和断层的影响等因素。对人口密集区的风险考量进一步限制了适宜的注入区域。
此外,海洋专属经济区的法律争议和国际协议的缺失也构成治理难题。 地质碳存储极限的区域分布不均衡引发公平性担忧 全球地质碳存储资源在区域和国家间分布极为不均。一些高历史排放国如美国、俄罗斯和加拿大,因其丰富的沉积盆地和现有油气产业,拥有较大且相对风险较低的碳存储潜力,而部分欧洲国家受到人口密集和政策限制影响,其存储潜力大幅缩水。同时,一些发展中国家如印度、中国虽排放量大,但受到地质和环境限制导致存储容量有限。这种地质资源的分布差异,结合各国历史排放责任及经济发展水平,提出了公正合理的碳存储资源分配挑战。 从气候正义角度出发,国际社会亟需推动机制建立,促进具备丰富存储能力国家与碳排放大国之间的合作,包括二氧化碳捕集输送、跨境碳流动及金融转移支付,以实现全球气候治理的共赢。
此外,加强对地质碳存储安全监管和技术评估,提升全球储存能力与风险防范水平,避免碳泄漏和环境二次伤害,是规避未来气候和社会问题的关键。 未来气候策略的重要参考指标 地质碳存储极限的科学量化,为各国制定减排目标和长期气候政策提供了重要约束条件。研究表明,实现《巴黎协定》1.5℃或2℃限制的多种情景均依赖地质碳存储大量扩展,但依赖程度的大小及规模快速增长伴随着巨大不确定性及风险,可能导致超出审慎极限的存储需求。 面对有限资源,政策制定者需权衡地质碳存储在减缓仍在燃烧的化石燃料排放中和用作负排放的优先次序。持续依赖地质碳存储同时扩大化石燃料使用,不仅加剧资源消耗,还可能降低未来减排灵活性和安全边界。相反,优先加快可再生能源替代和能效提升、促进低碳技术创新以及多样化负排放路径(如土地碳汇、海洋碳汇和矿化封存)可减少对地质碳存储的依赖,从而在有限存储空间内实现最大气候效益。
地质碳存储扩量挑战及技术路线 尽管技术成熟的沉积盆地具备储存能力,建设大规模碳捕集与封存系统仍面临技术、经济和社会众多障碍。高成本和设备规模、管网建设、长期监管及公众接受度均是关键瓶颈。地震诱发风险及注入速度限制进一步约束了碳存储的年注入率和整体容量。同时,矿化封存作为新兴技术,尤其是通过向玄武岩注入二氧化碳实现的碳矿化封存,展示了长期稳定封存的潜力,但目前规模有限,尚处于技术研发阶段。 为实现地质碳存储的有效扩展,必须强化跨学科科研投入,提升储层地质条件评估能力和模拟精度,完善风险评估体系,推动法律法规和国际合作框架建设,强化公众沟通与信任建立,加快低碳技术推广应用,形成与减排目标相匹配且稳健的存储产业发展路径。 推动可持续气候治理的战略启示 地质碳存储极限的确立刷新了全球应对气候变化的战略视角,暗示必须将其视为有限且宝贵的跨代资源,合理调配和管理。
各国应在国家自主贡献(NDC)和长期气候战略中明示其碳存储利用规划,强化环境与社会风险管理,提升透明度和问责机制。 推动国际层面形成公平、有效的碳存储资源共享与碳排放抵消体系,建立覆盖跨境碳运输和存储的法律框架,减少地缘政治和监管不确定性。与此同时,加强对碳捕集技术和替代负排放方案的投资,寻求碳存储外的多元化碳减排路径,保障全球温控目标的实现。 结语 地质碳存储作为减缓气候变化的重要途径,在实现全球净零排放和负排放目标中具备不可替代的作用。然而,审慎的科学分析表明其潜力有限,不能被视为无限资源。合理界定全球碳存储的审慎极限,有助于引导各国在减排、技术选型和气候政策制定中做出科学决策,平衡经济发展与环境保护,促进全球气候治理的可持续性与公平性。
未来需继续深化对地质碳存储技术、安全风险、法律与社会接受度的研究,打造更为完善和透明的碳管理体系,为人类社会应对气候变化提供坚实支撑。 。
