在全球应对气候变化的过程中,地质碳储存(Geologic Carbon Storage, GCS)已经成为减缓二氧化碳(CO2)排放、实现温室气体净零排放目标的关键手段之一。该技术将捕获的二氧化碳注入地下的沉积盆地、盐水含水层或枯竭油气田等地质构造内,实现持久封存,有效阻止温室气体进入大气层。然而,近年来科学研究表明地质碳储存的潜力并非无限,而存在一个"谨慎的行星级上限",这对于全球气候治理具有深远影响。地质碳储存虽被许多气候模型和减排方案视为可持续发展的关键环节,但过度依赖这种技术或盲目扩展储存规模,可能引发环境风险、技术瓶颈及社会接受度等多重挑战。因此,深入理解地质碳储存的合理界限,结合空间风险分析和环境保护原则,对制定科学、合理的全球碳管理战略意义重大。 基于对全球沉积盆地的空间显式分析,科学家们通过综合评估地质构造稳定性、储存深度、海洋深度、人口密集度、生态保护区以及政策限制等多重风险因素,提出地质碳储存的全球谨慎限值约为1460吉吨二氧化碳(GtCO2),区间介于1290至2710吉吨之间。
这一估算远低于过去行业和部分学术界估计的万亿吨级储存潜力,显示了技术潜力与现实可行性之间的差异。尤其是在气候变化减缓行动不足的背景下,若不大幅度减少化石燃料的粗放排放,碳储存的消耗速度将大大加快,存在于两百年内即面临突破这一限额的风险。 地质碳储存的重要性主要体现在两个方面:一是作为减少现有化石燃料燃烧排放的手段,二是作为负排放技术中,从大气或生物质中直接去除CO2并实现长期封存的关键环节。与此同时,地质储存的技术和经济应用仍面临诸多制约,包括高昂的投资成本、注入速率限制、地下泄漏风险、诱发地震等安全隐患,以及公共认知不足带来的政策阻力。全球范围内现有的碳捕捉与储存设施规模有限,远未达到满足巴黎协定目标所设想的庞大部署量。当前的研究进一步强调,碳存储容量的谨慎估计不仅取决于地质因素,还必须考虑社会经济和环境维度的风险,旨在避免长期的人类健康和生态系统损害。
一个关键的环境风险就是注入过程中可能引发的诱发地震。CO2在地下储层注入后会导致压力变化,若储层存在活跃断层,可能引发一定程度的地震活动。这不仅威胁储存的安全完整,也可能导致CO2泄漏至地表或地下水体,污染饮用水资源。研究团队通过排除所有历史上地震活跃度超过中等水平的区域,确保评估的储存潜能具有较高的安全边际。此外,人口稠密地区附近严格设置安全缓冲区(如25公里),防止CO2泄漏对人群健康造成危害。这种以人为本和环境保护优先的策略,强化了未来地质储存规划的可持续性与社会接受度。
全球海洋经济区(EEZ)内的储层开发也被列为重要考量。一些欧洲国家目前对CCS实行禁令或高度限制,反映了公众对地质碳储存的疑虑以及政策环境的不确定性。国际海洋法及伦敦公约等多边法律框架试图规范跨国碳储存行为,但尚缺乏广泛执行的政治共识,增加了跨界储存的复杂性和风险。研究分析基于尊重现有的海洋边界和排除争议海域,对全球各国的储存潜力进行了重新估算,以维护法律合规性和地缘政治稳定。 从技术角度看,储层注入深度通常限制在1公里至2.5公里之间,以保证CO2处于超临界状态并降低对地层稳定性的影响。水深限制尤其影响海上储存潜力,考虑到现有油气基础设施布局,核心部署区域多为300米水深以内,避免深水作业带来的复杂风险和极高成本。
储层的孔隙率、封闭性和已有油气田的枯竭状态,也都决定了储存的可持续能力及注入速度。这些技术限制与政策、环境约束结合形成了地质碳储存潜力的多维风险评估框架,是科学估算地球承受能力的基础。 在全球碳减排情景模拟中,虽多数模型在达到净零二氧化碳排放时尚能够控制累积储存量不超过谨慎限度,但许多强化减排情境(例如希望温控在1.5摄氏度以内且有限度超越的路径)最终仍需大规模碳捕捉与储存,诱发储存需求激增。若实际行动未能实现严格的近年减排,则碳储存需求将提前并加速达到上限,限制了未来碳负排放和气温回落的可能性。碳储存上限还为各国决策提供了公平、责任和能力分配的新思考框架。发达经济体和历史排放大国,如美国、俄罗斯和加拿大,因具备较丰富储存资源和技术能力,可能承担主要的地质碳储存责任,而缺乏储存能力的发展中国家则可能依赖碳储存服务的跨境贸易及融资支持。
此外,研究指出地质碳储存不仅是一个技术挑战,也是一项跨代际的资源管理问题。二氧化碳的地质封存需维持数百至上千年,决策应考虑对未来代际公平性和可持续发展的影响。碳存储空间一旦耗尽,将不可逆转地限制人类对抗气候变化的能力。因此,科学合理地制定全球碳储存的"星球限度",并将其融入国家气候战略、中长期能源规划和国际谈判中,成为气候治理体系完善的关键步骤。 未来,拓展矿物碳化(如玄武岩矿化储存)等新兴技术有可能部分缓解沉积盆地碳存储的限制,但技术成熟度及规模化能力仍待验证。与此同时,政策制定者需结合风险管理和成本效益原则,推进以绿色能源和工业脱碳为主的减排路径,最大限度降低对地质储存的依赖。
为此,加强公众科普与社会参与,构建透明、包容、负责任的碳管理机制,也不可或缺。 综上所述,地质碳储存作为实现全球气候目标的重要支柱,其潜力须建立在科学、谨慎的风险评估基础之上。明确的全球储存限度不仅警示各国合理规划存储资源,避免过度依赖和低效利用,还为国际合作提供了公平合理的基础。面对复杂多变的气候挑战,慎重对待地质碳储存的容量与风险,是保障全球可持续发展和人类福祉的迫切课题。未来气候政策的设计应充分融合技术、环境、社会和法律多维视角,推动地质碳储存与低碳转型路径共生共赢,助力人类迈向碳中和的光明未来。 。
