二氧化碳捕获与封存的主要技术环节与问题分析

减少CO2的排放是国际社会当前迫切需要解决的问题,CO2捕获与地质封存技术由于其巨大的减排潜力和经济性近年来引起科学界和政治界的广泛关注。对该技术的主要技术环节和问题进行了分析,并对中国背景下的CO2捕获与地质封存技术的主要问题进行了探讨。     

基性-超基性岩碳酸盐化固碳效应研究进展

人为排放CO2导致全球气候变暖已经对人类生存和发展造成威胁,碳捕获与封存是世界公认的实现碳减排的主要途径之一.基性-超基性岩碳酸盐化固碳作为地质碳汇之一,是一种经济、安全且长久的碳捕获与封存方式,引起了国际社会越来越多的重视.本文阐述了自然条件下基性-超基性岩碳酸盐化反应过程,分析其固碳机理和影响基性-超基性岩碳酸盐化...     

CO2矿物捕获能力的研究进展

全球碳存储的研究表明, CO2最稳定的存储方式是 CO2的矿物捕获, 即将 CO2注入到地下,使其以方解石、菱铁矿、白云石及片钠铝石等碳酸盐矿物的形式存在.适合 CO2矿物捕获的岩石类型主要有火山岩、砂岩和火山碎屑岩.分析了3种岩石类型的金属元素含量、金属元素的释放能力、与 CO2反应生成的矿物类型及对 CO2的捕获量,并比较了3种岩石类型对 CO2矿物捕获能力的差异.其中玄武岩等火山岩的金属离子含量高,但其孔隙空间有限,制约了成岩反应,且 CO2注入后具有逸散的风险;砂岩分布广泛,有足够的孔隙利于流体注入,但是金属离子含量相对较低,对 CO2的矿物捕获所需时间相对较长;火山碎屑岩则结合了前2种岩石类型在矿物捕获方面的优势,是一种理想的 CO2矿物捕获的岩石类型.     

全球变化科学中的碳循环研究进展与趋向

全球碳循环研究是全球变化科学中的研究重点之一,在过去的研究中已取得了长足的发展,但对碳源和汇的定量研究还是今后需要进一步加强的工作。综述了近年来全球碳库储量研究的主要进展,分析了岩石圈、陆地生态系统、海洋、大气以及人类社会等碳库的储量、在全球碳循环中的地位及其作用机制,针对与全球升温事件密切相关的人为碳排放问题专门作了论述,并结合最新的研究成果,对"未知汇"问题的新的研究方向作了阐述。碳循环研究已经进入一个新的发展时期,国际科学组织与各国政府对碳循环研究的关注与投入正逐步增加,但其关注的内容并不一致。分别以地球系统科学联盟的全球碳计划和美国的北美碳计划为例,介绍了国际碳循环研究的重点与趋势。最后提出了今后全球碳循环研究需要关注的一些领域：陆地碳循环机理与源汇定量研究;海洋大尺度碳循环及其机理研究;人类社会在碳循环中的作用研究等。     

环境安全及其评价指标体系初探

环境安全问题已成为当今人们关注的热点问题,对环境安全问题的研究意义重大。本文在对以往环境安全概念归纳总结的基础上,对环境安全系统的机制、结构进行了分析,建立了环境安全评价指标体系。该体系包括环境安全、社会安全、经济安全三个子系统,共由25个指标对其进行表征,为环境安全问题的进一步研究提供了基础。     

地理学视角下“双碳”研究：主题、成效及展望

实现“双碳”战略目标的科学基础主要在于深入且系统地理解地球环境系统和人类经济系统之间的相互作用关系。作为以人地系统为主要研究对象的地理学,在“双碳”研究及成果服务中发挥了重要作用。基于“学科分支—数据方法—研究对象—成果贡献”的思路,对2000年以来中国主流地理学期刊及学者发表的“双碳”文献进行回顾和总结后发现：(1)不同地理分支学科下“双碳”研究主题呈现多样性的特点,自然地理学侧重研究人为及自然碳源碳汇变化,人文地理学侧重分析碳排放时空分异格局及形成机理,信息地理学侧重构建高时空分辨率碳数据集及开发空间分析工具;(2)碳核算方法包括排放系数法、实际测量法和遥感估算法等,其数据源主要包括社会经济统计数据、遥感卫星监测数据以及新型地理感知数据等,地学分析模型主要用于描述碳源碳汇空间分布模式,预测空间过程及结果;(3)地理学视角下“双碳”研究对象分为空间对象和活动对象,前者关注微观、中观和宏观等不同尺度碳源碳汇的空间特征及规律,后者关注能源、工业、农业、土地利用变化及林业等活动产生的碳源碳汇的地理分布;(4)地理学对“双碳”的成果贡献出口主要包括地理空间分异规律的空间差异化低碳治理、“经济...     

关于城市地面沉降研究的几个前沿问题

地面沉降涉及资源、环境、经济和社会等各个方面，影响城市和地区的可持续发展，已成为21世纪国内外城市主要地质灾害。文章概述了国内外地面沉降状况，对目前城市地面沉降研究存在的问题进行了分析，并提出了城市地面沉降研究值得关注的几个前沿问题。     

FDI对地区资源环境影响的研究进展评述

外商直接投资（FDI）的流入在为发展中国家带来资金和技术、促进经济增长的同时,也由于其趋利性以及发达国家与发展中国家在环境标准、环境管制和环保理念上的差异,为资源消耗与污染型产业从发达国家转移到发展中国家提供了可能。因此,FDI与地区资源环境的问题日益得到重视,逐渐成为国际社会关注的焦点问题。文章从宏观和微观两个角度系统总结了FDI对资金流入地区的资源环境效应,在此基础上对国内外学者在该领域的研究进展进行了详细述评,最后提出了未来FDI与资源环境关系还需要在环境管制、社会责任以及跨国公司的环境行为等方面加强研究。     

滑坡勘查中关键问题的识别与案例应用

山地丘陵地貌在我国分布广泛,滑坡地质灾害多发,严重制约着我国社会经济的发展.以滑坡地质灾害为研究对象,提出了在滑坡勘查中需要重点关注解决的四个关键技术问题,包括滑坡特征调查与稳定性定性评价、滑带识别与位置判定、参数取值和计算模型确定、滑坡稳定性定量分析.结合典型案例应用分析,提出了相应的解决方法,掌握了滑坡特征及目前稳...     

阴离子捕获剂及其在污染防治与环境修复领域中的应用

综述了阴离子捕获剂的结构、性能、制备与表征方法、吸附专属性及其在环境修复方面的应用。阴离子捕获剂是一种具有层状结构的阴离子粘土，由于其特殊的结构和性能，可通过层间阴离子交换、层状结构重建等机制来吸附环境中的阴离子，从而清除环境中的污染物。大量研究表明。阴离子捕获剂对环境中以络阴离子形式存在的重金属污染物有很强的吸附能力，并能有效吸附水体中的N、P、As、Se和放射性元素。此外，阴离子捕获剂还能吸附有机污染物，如农药、酚类化合物、洗涤剂和腐殖质等。从环境中除去不同类型的有毒有害组分。需使用不同类型的阴离子捕获剂。其吸附能力主要由捕获剂本身的特点和外部理化条件所决定。阴离子捕获剂的研究已成为当前环境保护工程和技术研究的一个新热点。     

日本苫小牧CO2海底地质封存监测技术分析及其启示

海洋二氧化碳捕集、利用与封存(CCUS)是应对全球气候变化、减排温室气体CO₂的关键技术之一,也是实现中国碳中和目标愿景解决方案的重要组成部分。中国近海沉积盆地封存潜力巨大,2022年中国首个CO₂海底地质封存示范工程已在南海珠江口盆地咸水层中正式启动。日本苫小牧咸水层封存项目作为迄今为止亚洲最成功的海底封存项目,其CO₂封存监测工作为我国离岸封存项目的开展提供了重要的实践参考及技术指导。文章全面回顾了苫小牧CCS项目案例情况,对项目执行、场地监测内容及布点、监测设施及技术、监测结果等进行分析,总结苫小牧CCS项目的成功经验,以及陆—井—海结合一体化的多层次、全方位的监测体系,旨在助力中国海上CO₂封存项目顺利运行,确保海洋生态环境安全。     

Optimal selection of different CCS technologies under CO2 reduction targets

In China, carbon capture and storage (CCS) is recognized as one of the most promising technologies through which to achieve a large reduction in CO₂ emissions in future. The choice among different CCS technologies is critical for large-scale applications. With the aim of developing instructive policy suggestions for CCS development, this study proposed an interval programming model to select the optimal CCS technology among the different CCS technologies available in China. The analysis results indicate that the selection of CO₂ capture technologies should be based on the actual situation of the project and industry being targeted. If the government implements mandatory CO₂ emission reductions, storage in deep saline aquifers is the optimal choice for CO₂ sequestration when oil prices are low and the number of available CO₂ emission permits is large. In contrast, enhanced oil recovery is the optimal choice when oil prices increase and the availability of CO₂ emission permits decreases. It is critical that the government reduce the operating cost and the cost of CO₂ capture in particular.

     

我国CO2捕集与封存的技术路线探讨

地球温暖化问题已引起全球的密切关注,CO2是促成地球温暖化的主要因素。为了缓解地球温室效应,将大气温室气体浓度稳定在一个安全的水平上,必须减少CO2排放。CO2捕集与封存（CCS）是一种新型岩土工程,具有规模大、潜力大、成本较低、技术成熟度较高、与化石能源结构相容性好等特点,被认为可能具有较高减排贡献度,能够降低综合减排成本和减缓能源结构转变带来的经济冲击。国外已投入了很大的研发资金并且制定了研发路线。中国的研究才刚刚起步,尚未制定开发路线。根据大量调查分析,提出了中国中长期CCS研发技术路线。     

Appraisal of CO2 storage potential in compressional hydrocarbon-bearing basins: Global assessment and case study in the Sichuan Basin (China)

Carbon capture and storage (CCS) has been proposed as a potential technology to mitigate climate change. However, there is currently a huge gap between the current global deployment of this technology and that which will be ultimately required. Whilst CO₂ can be captured at any geographic location, storage of CO₂ will be constrained by the geological storage potential in the area the CO₂ is captured. The geological storage potential can be evaluated at a very high level according to the tectonic setting of the target area. To date, CCS deployment has been restricted to more favourable tectonic settings, such as extensional passive margin and post-rift basins and compressional foreland basins. However, to reach the adequate level of deployment, the potential for CCS of regions in different tectonic settings needs to be explored and assessed worldwide. Surprisingly, the potential of compressional basins for carbon storage has not been universally evaluated according to the global and regional carbon emission distribution. Here, we present an integrated source-to-sink analysis tool that combines comprehensive, open-access information on basin distribution, hydrocarbon resources and CO₂ emissions based on geographical information systems (GIS). Compressional settings host some of the most significant hydrocarbon-bearing basins and 36% of inland CO₂ emissions but, to date, large-scale CCS facilities in compressional basins are concentrated in North America and the Middle East only. Our source-to-sink tool allows identifying five high-priority regions for prospective CCS development in compressional basins: North America, north-western South America, south-eastern Europe, the western Middle East and western China. We present a study of the characteristics of these areas in terms of CO₂ emissions and CO₂ storage potential. Additionally, we conduct a detailed case-study analysis of the Sichuan Basin (China), one of the compressional basins with the greatest CO₂ storage potential. Our results indicate that compressional basins will have to play a critical role in the future of CCS if this technology is to be implemented worldwide.     

碳封存项目井喷CO2扩散危险水平分级方法研究

针对碳封存（CCS）项目井喷后的二氧化碳（CO2）气体泄漏扩散对附近居民的影响问题,提出将CO2井喷速率作为分级指标进行扩散危险水平分级。以内蒙古自治区鄂尔多斯市伊金霍洛旗地形、气候等条件为环境背景,以神华CCS示范项目为参考,运用CALPUFF高斯扩散模型模拟发生井喷事故,计算CO2气体扩散影响范围。根据扩散范围与井喷速率变化的相关关系,对CO2扩散危险水平进行分级。根据50 000 ppm浓度的最大扩散范围将CO2井喷扩散分为3个等级：Level 1、Level 2、Level 3,对应的井喷速率范围分别为0～2.5、2.5～10.0、10～20 m/s,对应扩散距离分别为0～130、130～180、180～420 m。通过与模拟场地周围环境条件和人群分布特点的交叉分析,当危险性等级为3级时,会威胁到泄漏井筒附近420 m范围内CCS场地内工作人员、散户居民以及附近公路上的过往行人的安全。该项危险水平分级研究工作有助于健全国家相关部门对CCS的监管,同时有利于推动CCS示范项目的健康发展。     

Carbon capture and sequestration versus carbon capture utilisation and storage for enhanced oil recovery

There are 74 integrated carbon capture projects worldwide currently listed by the Global CCS Institute, including the few already running and those still at the identification, evaluation, definition or execution stage for operation by 2018. Significant funding programmes have recently been launched by the European Commission (NER300 in November 2011) and by the UK Department of Energy and Climate Change (CCS Commercialisation Programme in April 2012) for commercial demonstration projects leading to innovation across the CCS/CCUS technology chain to reduce energy system costs. In their calls for proposals, these programmes were open to both CCS and CCUS projects. However, there are significant technical and commercial differences between projects for enhanced oil recovery and those for permanent storage of carbon dioxide in saline aquifers or in depleted hydrocarbon reservoirs, the same way that there exist more complexities and limitations for offshore implementation. Such differences are accompanied by different levels of field verification of the various storage and utilisation concepts, with permanent sequestration having only a more recent history and smaller-scale implementation. In this scenario, the need for appropriate due diligence workflows and screening criteria to assess the technical viability and the deliverability of different CCS/CCUS projects remains crucial, vis-à-vis the high component costs, efficiency penalties, reservoir uncertainties and the many challenges related to full chain integration (from carbon dioxide capture to underground sequestration). Based on information in the public domain, this paper reviews the current status of offshore CCS/CCUS implementation worldwide and discusses screening criteria for use by governments, operators and investors alike.     

CO2地质封存时移垂直地震监测技术

神华CO2捕获和封存（carbon capture and storage,CCS）示范项目是我国首个全流程煤基CO2捕获和在低孔低渗深部咸水层进行多层注入的CO2封存示范项目,意在通过时移垂直地震（VSP）监测CO2地质封存状况。介绍了CO2地质封存时移VSP技术和监测效果。通过注气前后3次VSP观测,得到了高品质时移VSP资料,研究了一致性处理技术、矢量波场分离和多波成像技术,获得了高分辨率的多波时移VSP剖面,通过深度域标定和多种属性解释对比,分析了注气前后VSP地震响应特征,预测了CO2地下运移范围,达到CCS项目预期监测目标。结果证明,时移VSP技术是监测CO2地质封存与运移的有效技术手段。     

A sensitivity analysis of factors affecting in geologic CO2 storage in the Ordos Basin and its contribution to carbon neutrality

To accelerate the achievement of China’s carbon neutrality goal and to study the factors affecting the geologic CO₂ storage in the Ordos Basin, China’s National Key R&D Programs propose to select the Chang 6 oil reservoir of the Yanchang Formation in the Ordos Basin as the target reservoir to conduct the geologic carbon capture and storage (CCS) of 100000 t per year. By applying the basic theories of disciplines such as seepage mechanics, multiphase fluid mechanics, and computational fluid mechanics and quantifying the amounts of CO₂ captured in gas and dissolved forms, this study investigated the effects of seven factors that influence the CO₂ storage capacity of reservoirs, namely reservoir porosity, horizontal permeability, temperature, formation stress, the ratio of vertical to horizontal permeability, capillary pressure, and residual gas saturation. The results show that the sensitivity of the factors affecting the gas capture capacity of CO₂ decreases in the order of formation stress, temperature, residual gas saturation, horizontal permeability, and porosity. Meanwhile, the sensitivity of the factors affecting the dissolution capture capacity of CO₂ decreases in the order of formation stress, residual gas saturation, temperature, horizontal permeability, and porosity. The sensitivity of the influencing factors can serve as the basis for carrying out a reasonable assessment of sites for future CO₂ storage areas and for optimizing the design of existing CO₂ storage areas. The sensitivity analysis of the influencing factors will provide basic data and technical support for implementing geologic CO₂ storage and will assist in improving geologic CO₂ storage technologies to achieve China’s carbon neutralization goal.©2022 China Geology Editorial Office.     

咸水层CO2地质封存地下利用空间评估方法研究

咸水层CO₂地质封存技术是我国实现碳中和目标的重要支撑技术,也是一项深部地下空间开发利用技术。咸水层CO₂地质封存工程利用的深部地下空间,需要在确定CO₂羽流、扰动边界和经济因素“三级边界”的基础上进行综合评估。以我国唯一的深部咸水层CO₂地质封存项目——国家能源集团鄂尔多斯碳捕集与封存(Carbon Capture and Storage, CCS)示范工程为实例,基于封存场地储层CO₂羽流监测以及扰动边界的推断预测结果综合评估,认为示范工程平面上4个1'×1'经纬度范围可作为地下利用空间平面边界,垂向上以纸坊组顶界(深度约958 m)为地下封存体顶部边界,以深度2 800 m为底板封隔层底界。提出的咸水层CO₂地质封存地下利用空间评估方法,能够为未来封存工程地下利用空间审批与监管提供一定参考,但也需要进一步结合已有法律法规及规模化封存工程实践完善提升。     

玄武岩封存CO2技术方法及其进展

玄武岩封存CO₂为碳捕集与封存（CCS）提供了一种新的具有潜在意义的选择。当今世界上已有三个示范工程案例,即日本Nagaoka、美国Wallula和冰岛Carbfix,这些实例初步证实了CO₂玄武岩封存的技术和经济可行性。玄武岩封存CO₂相关技术研究进展包括:（1）Carbfix项目采用水溶液替代胺溶剂来捕集烟气中的CO₂气体,以便同时对CO₂和其他可溶于水的气体进行捕获,而在排放点源只需简单加装水洗塔等设备作为气体分离装置;（2）冰岛提出了适用于CO₂饱和溶液注入与封存的Carbfix方法,设计出能分别注入气体和水溶液的专用系统;（3）Carbfix在注入与封存CO₂过程中首次采用示踪元素监测方法,并通过质量平衡方法定量估算注入CO₂发生碳酸盐化的百分比,发现往玄武岩里注入CO₂不到2年就有95%被完全矿化。今后仍需进一步研究的技术问题包括:（1）CO₂饱和溶液与超临界CO₂两种注入形式如何选择;（2）能否用海水替代淡水溶解CO₂;（3）如何提高地球化学模拟的准确性;（4）如何降低碳捕集、分离和运输环节成本。相关探讨对我国利用基性超基性岩进行CO₂封存具有一定借鉴意义。