在气候治理的长期博弈中,将二氧化碳(CO2)长期封存在地层中被视为实现净零、乃至实现温度回落的重要工具。近年来,关于地质碳封存(geologic carbon storage,常与碳捕集与封存 CCS 及碳移除 CDR 相关)潜力的讨论愈加热烈。传统估算往往给出数万亿吨级的"理论"储量,但新的空间化、风险导向研究提醒我们:把储量当作无限资源将是一种危险的误判。基于对沉积盆地的系统性风险排除分析,最新研究提出了一个审慎的行星限额,并指出若不在近期大幅减少排放,全球可能在本世纪后期或 22 世纪中叶前耗尽可接受的地质储存容量。 核心结论与数量级 研究在原有的技术潜力(约 1.18×10^4 GtCO2)基础上,逐层剔除因地质风险、环境保护、人口安全、海域管辖与政策不确定性等原因不适合储存的区域,得到一个更为谨慎的全球可用储存上限:约 1,460 GtCO2(中值),敏感性区间为 1,290-2,710 GtCO2。与此前常用的上万吉吨估算相比,审慎限额低约一个数量级,意味着地质封存并非可以无边际使用的"备用仓库"。
研究还指出,如果把全部审慎潜力用于大气 CO2 移除,那么理论上最多可以将全球气温回落约 0.7°C(区间 0.35-1.2°C,依据碳 - 气候响应的不确定性而变化),且任何用于继续存储燃烧化石燃料产生的捕获 CO2 的份额都会按比例减少可用于减少大气中 CO2 的总量。 空间化与风险排除框架 与传统静态容量评估不同,研究采用了空间显式的盆地图层,并应用多重排除条件:受保护区、南北极圈、争议海域与领海之外的海域限制;活跃地震区(以峰值地面加速度阈值定量);靠近城镇的人口缓冲区(中心情景采用 2100 年 SSP5 都市边界并设 25 公里缓冲);近海注采相关的海域深度限制(中心情景 300 米水深上限,敏感性范围 100-500 米);注入储层深度的上下限(中心情景 1.0-2.5 公里);跨境与领界缓冲(陆上沿边界 6 海里缓冲为中心情景)。在空间筛选完成后,借助沉积物深度与孔隙体积估算储层可注入体积,并采用较为保守的注入系数(考虑压力影响和注入寿命)转换为 CO2 容量估算。 为什么要采用审慎排除? 地质封存项目并非单纯技术问题,而是牵涉人身安全、生态保护、法律与社会认可的综合性工程。已知风险包括井口与既有弃置井的完整性失效导致剧烈泄漏、注入诱发地震激活浅或深断层、长期地下水酸化并动员有毒金属,甚至在近海注入时造成跨国责任纠纷。对靠近人口的注入站点,少量持续泄漏也可能造成健康与饮用水安全问题。
出于谨慎走向"危害预防"(precautionary harm prevention),研究团队选择在基础技术潜力上应用这些排除,旨在提供一个对国家与国际气候承诺具有实践可行且伦理可接受性的储存上限。 对情景与气候目标的影响 气候模型情景通常在实现 1.5°C 或 2°C 目标时大量调用 CCS 与 CDR。研究将审慎储存限额与 IPCC 场景中 CCS/封存使用量进行比较后发现:在多数限制升温至 2°C 或更低的情景中,到达净零 CO2 时所需累积封存量仍处于审慎限额的 50% 余量之内;但如果要实现大规模回落温度的"过冲回撤"路径,或在减排行动迟缓、对 CCS 高度依赖的情景中,封存需求很快逼近甚至超越这一限额。研究还估算,若在达到净零后以当时的年注入率持续下去,大多情景将在数十年至数百年内耗尽审慎潜力;若按一些模型在 21 世纪末的注入速率外推到 2300 年,大多数情景会在 2200 年前突破限额。 技术与运营挑战 把理论上的储层容量转化为稳定、安全、长期运作的注入项目,面临多重障碍。上游需要大量地质勘查与三维地震资料来识别密封层与断层网络,钻井与井口工程需确保百年 - 千年尺度的完整性;连通性与注入导致的地层压力演化需要精细的注入策略(分散注入点、限定注入速率、压力管理);近岸或远海注入牵涉高昂海洋工程与管道成本。
此外,公共接受度、监管架构、长期监测与责任归属(尤其是跨国盆地)都构成非技术性的放大器或限制因子。研究在强调体积限制的同时也指出,若将注入速率、经济性与治理可行性纳入考量,实际可用的长期可扩展容量可能比审慎限额更低。 地缘政治与公平问题 空间分布上,经过审慎筛选后,仍留有较大可用储存的国家主要包括俄罗斯、美国、中国、巴西、澳大利亚和一些中亚与中东国家。相对而言,欧洲、印度、挪威、加拿大等国在排除层后可用储量显著缩减。这样的地理不均衡带来两个重要问题:一是储存资源的掌握与历史责任并不总是重合,很多高排放历史的国家并不拥有等量本土储存,可能需要跨境运输二氧化碳或在海外注入,从而增加风险与治理复杂性;二是若石油天然气开采国将地质储存发展为新的收入来源或能源业延展,可能导致资源配置和公平性问题,尤其是对发展中国家与受影响社区的分配正义。研究呼吁按"共同但有差别的责任与能力"原则,设计跨国融资、技术转移與补偿机制,避免将脆弱国家成为"碳垃圾场"。
治理与法律的不确定性 海域中的跨境盆地尤其复杂。尽管伦敦公约/伦敦议定书在某些程度上为海底注存提供了框架,但相关修正案和双边安排尚未普遍生效。陆地跨界注入则需要多国间的协议,并涉及国际法对环境损害的防范义务。长期监测责任、泄漏发生时的赔偿与补救责任、以及何种情况下允许在邻国边界附近注入,都需要在国际条约与国内立法中明确。研究强调,缺乏清晰规则将放大政治与法律风险,从而进一步压缩可用的实际储存空间。 替代与补充路径 鉴于地质储存的限制与风险,政策制定者应同步发展多元化碳移除与减排组合。
陆地型解决方案(如重新造林、土壤碳固持)虽具更高不确定性与短期脆弱性,但可在短期内缓解对地质储存的需求并分散风险。矿化封存(基性玄武岩矿化,如冰岛 CarbFix 项目)提供了高持久性的替代路径,但目前规模化潜力与可行性仍高度依赖场地特性,且成本和能耗问题需要进一步突破。直接空气捕获(DAC)与生物能源与碳捕获(BECCS)在模型中占重要位置,但其能量与土地需求、成本与可持续性也面临质疑。研究建议将地质封存视为一项有限且昂贵的"战略储备",优先用于无法替代的工业点源减排与真正持久的负排放任务。 政策建议与实践路径 将地质碳封存纳入国家与国际气候策略时,应当遵循若干原则。首先,透明度与可核查性:各国应在其国家适应与减排路线中明确列出计划使用的地质储存量、位置、用途(是用于抵消新的化石燃料燃烧或用于长期移除大气 CO2)以及相应的风险管理和监测计划。
其次,优先顺序与配额制度:鉴于储量有限,应建立优先级,优先保障消除难以替代的工业残余排放与实现长期温度回落的高持久性移除,而不是为继续大量使用化石燃料提供"后路"。再次,国际合作与补偿机制:对跨国储存与运输建立法律框架、长期监管与赔偿机制,并通过金融工具使缺乏储存资源的国家能够公平获取负排放服务。最后,加强公众参与与环境保护:在选址、环境影响评估与长期监测中纳入地方社区、原住民与利益相关者,确保生态保护区与敏感地带免受侵扰。 结语:有限资源下的战略抉择 最新的审慎估算提醒我们,地质碳封存不是可以无限依赖的技术救星。把地质储存看作有限的公共资源,需要在国家与国际层面作出长期且具伦理考量的分配决定。为在几十年到数百年尺度上实现气候目标,应将大量的减排努力放在源头减少与能源转型上,把地质封存作为补充且优先针对不可替代的残余排放和高持久性的移除任务。
同时,建立稳健的治理、跨国合作与公平的融资机制,才能在技术潜力与社会期望之间找到可持续的平衡点。面对不确定的气候响应与技术路径,越早采取严格减排并精心规划地质储存的使用,就越可能避免把未来世代置于选择枯竭且不可逆的能源与气候困境之中。 。
