随着全球气候变化形势的日益严峻,控制大气中二氧化碳(CO2)浓度成为减缓全球变暖的核心挑战。地质碳封存(Geologic Carbon Storage)作为一种有效减缓温室气体排放、实现长期稳定碳储存的技术,备受关注。通过将捕获的CO2注入地层深处的沉积盆地,实现数百年至数千年的碳封存,地质碳封存被视为实现《巴黎协定》目标的关键手段。然而,近年来科学界逐渐意识到,地质碳封存的容量并非无穷无尽,存在一个科学和风险共同界定的"审慎极限",对未来减排路线图的规划具有深远影响。本文解读了最新研究成果,系统揭示地质碳封存的全球容量极限以及其对气候战略的启示。 地质碳封存技术的兴起源于应对化石燃料燃烧带来的巨大碳排放压力。
传统上,全球可供碳封存的沉积盆地估计容量高达数万亿吨二氧化碳,这一巨大的理论储量一度被视为无约束的碳减排缓冲。然而,最新研究基于全面的空间风险评估和多维排除标准,提出全球沉积盆地的"审慎封存极限"约为1460亿吨CO2,远低于此前简单估算的容量。这一极限不仅考虑了地质条件的适宜性,还包含了人为因素如地震活动、环境保护区、沿海或人口密集区的排除范围,体现了安全性、生态保护和社会接受度等多重制约。 地质碳封存的甄别需要满足诸多地质和环境条件,确保封存的安全性和持久性。首先,封存目标地必须拥有完整的盖层结构以阻止CO2泄漏,具备良好的孔隙度和渗透率,保证注入可行和碳气体长期滞留。其次,注入深度宜在一公里以上,确保CO2处于超临界状态,提升封存效率,并限制在2.5公里以下避免过高压力引发诱发地震。
除此之外,活跃地震带和断层区域存在封层破裂风险,需谨慎排除。海洋封存更受海域深度限制,通常限定在300米水深以内以便经济合理开发现有设施。地表层面,保护区、极地生态区域、高密度人口区均予以排除以规避环境破坏和健康风险。 伴随着科学风险的综合考量,全球可用的地质碳封存空间因此被削减了约90%,从数万亿吨缩水至千亿吨量级。这种容量限制对国家政策制订和气候战略调整提出了新要求。当前全球碳捕集与封存(CCS)设施的规模远远不能满足未来需求,已运行的项目仅捕集约4900万吨二氧化碳每年,而计划和建设中的项目合计约4.16亿吨。
全球若要实现碳封存的指数级扩张,需要跨国合作、技术突破和庞大投资支持,同时还需应对政策限制和社会公众对碳封存风险的不信任。 不同国家在可用地质封存容量及其风险保护后的洁净潜力上存在明显差异。像俄罗斯、美国、中国、巴西和澳大利亚等拥有丰富的沉积盆地资源,且相对稳定的地质环境,因此具备较大封存空间。而部分国家如印度、挪威、加拿大和欧洲联盟整体,由于人口密集和严格的环境政策限制,净可用封存容量受限较大。部分中低收入发展中国家尽管拥有一定的碳封存资源,却缺乏相应的技术或动力投入开发,未来可能通过国际碳交易实现跨国碳封存。 因此,地质碳封存被看作需代际管理的有限资源,关乎公平性和责任分配。
发达国家和历史高排放国应该承担更大封存责任,积极转变能源结构,减少依赖化石燃料,并支持发展中国家参与碳减排合作。在推动地质碳封存规模化发展的同时,须严格遵守国际环境保护法律,保证跨境碳载体输送安全,实现"污染者付费"原则,避免加剧世界资源分配不均。 从气候模型和未来情景角度观测,绝大多数控制全球升温在2摄氏度及以下的减排方案,都在未来几十年大幅增加地质碳封存需求。当达到净零碳排放时,预计年封存量将达到5.9至13亿吨,较当前水平提升170多倍。这种高速扩张一旦持续,封存体系将在二十二世纪中叶前达到审慎极限。更激进的情景如1.5摄氏度目标甚至需要超过当前极限规模封存碳,才能实现温度回落。
因此,未来气候政策应谨慎规划,避免过度依赖地质碳封存技术造成资源枯竭和安全隐患。迫切需要多元化碳减排路径,包括发展绿色能源、提升能源效率和推广碳自然移除技艺如森林恢复、土壤碳固存,以及探索碳矿化等新兴封存方式。对于碳封存技术,必须加强监管指导,完善风险评估体系,提升公众认知和社会接受度,确保技术发展在安全、环保的轨道上展开。 总之,将地质碳封存视为有限且珍贵的全球资源,尚需从科学、政策、经济及伦理多维度综合权衡。追求高效、审慎的碳封存策略,合理统筹减排与碳移除,成为实现可持续发展和应对全球气候变暖的必要路径。未来各国政府、科研机构与企业应加强协作,共同推动地质碳封存技术应用走向成熟和规模化,为全球气候治理贡献稳定可靠的解决方案。
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