我国开展海底封存的利弊分析和对策建议，本文主要内容关键词为：利弊论文,海底论文,对策论文,建议论文,我国论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
气候作为人类赖以生存的自然环境的一个重要组成部分，其任何变化都会对自然生态系统以及社会经济产生不可忽视的影响。自1860年有仪器观测以来，全球地面气温上升明显，年均升高0.6℃±0.2℃，近百年来最暖的年份均出现在1983年以后[1]，这一升温“很可能”是由人类活动导致
排放增多所致[2]。根据国际能源署(IEA)的统计，自2006年开始，人类每年向大气中排放的大约有300亿t，大约60％的排放来自于大型的固定排放源，造成了严重的温室效应[3]。针对目前日益加剧的全球变暖问题，各国政府采用了一系列减缓全球变暖的方案，减排已成为当今国际社会的共识和一致努力的行动目标。
捕集及封存技术(Carbon Capture & Storage，CCS)由于其巨大的减排潜力和经济性近年来引起了科学界和政治界的广泛关注。我国人口多，排放量大，已成为世界上最大的碳排放国之一，而且短时间内很难改变目前的能源消费方式，并且随着我国经济的快速发展，排放量势必将继续增加，我国面临着巨大的减排压力。因此，开展CCS相关技术研发是我国应对气候变化的一项重要战略选择。但是，由于CCS出现时间较短，技术可靠性和经济性等问题尚有待落实和改进，因此，中国对于CCS技术，采取何种策略和制定怎样的发展战略，尚有诸多问题亟待理清。海底封存，是控制化石燃料燃烧导致气候变化的有效手段。在地球上三个主要的天然碳储层(海洋、陆地、大气)中，海洋碳储层的储量到目前为止是最大的。海底封存因为远离蓄水层，除岩石盖层外，表层更有海水的压力和阻隔，局部风险大大降低。鉴于海底封存的诸多优点，尤其是对海洋领域节能减排的巨大潜在贡献，并考虑到我国封存研究起步较晚、海底封存更是空白的现实情况，有必要对在我国开展海底封存的利弊进行综合分析。本文从多方面对是否应该在中国开展海底封存进行了探讨，以利于管理者对此项活动有一个更为深入的认识，同时对目前存在的主要应用瓶颈进行了总结并提出了相应的对策建议，以期为我国将来开展海底封存研究和示范提供相应的依据。
1 海底封存发展现状
CCS技术是指通过碳捕集技术，将工业和有关能源产业所生产的分离出来，再通过碳储存手段，将其输送并封存到地下或海底等与大气隔绝的地方[3]。目前，CCS技术正处于快速发展阶段，世界上很多国家都已经开展了封存研究与实践，主要包括美国、加拿大、澳大利亚和欧盟等承担温室气体量化减排义务的发达国家。截至2010年12月，全球CCS项目共有275项，其中213项正在开展或规划当中，34项已经完成[4]。
的海底地质封存就是将捕集的充注到海底以下的地层储存体中，主要是废弃的油气田和深部咸含水层。海底地质封存的一个典型范例是挪威在北海的Sleipner油气田CCS项目。自1996年8月开工以来，通过该项目已经向北海海底深部的咸含水层中注入了逾800万t的[3]。Haszeldine认为海底封存可能比陆地封存更可靠和易于监控[5]，Schrag也认为海底地质封存可能是未来封存的首要选择[6]。我国在CCS技术研发上的起步较晚，但发展比较快，从2006年开始，973、863、国家自然科学基金、海洋公益性行业科研专项等项目相继开始资助CCS的技术研发，同时一些企业、高校和科研院所也开始进行包括先进溶剂、吸附剂、膜、捕集设备和工艺、封存等技术的研究。我国第一个全流程CCS工业化示范项目是2010年6月由神华集团在鄂尔多斯开展的咸水层封存项目。但是在海底地质封存方面我国尚处在可行性研究阶段。目前我国学者在海底封存方面也相继开展了一系列的研究工作，肯定了海底封存的可行性和封存潜力，并首次提出了“陆上实验、海底封存”的观点，认为海底封存具有陆上无法比拟的优势[7]。近几年的研究结果表明，海底封存具有一定的技术可靠性和经济可行性[8-10]。
2 我国开展海底封存的利弊分析
全球变暖问题正受到国际社会的高度关注。自从进入后“京都议定书”时代，全球关于减排的呼声更加高涨。我国由于排放总量较高，面临的减排压力与日俱增。因此，大力发展减排技术，尤其是海底封存技术是我国应对气候变化、保护环境和提高能源利用效率的内在要求。开展海底封存技术既给我国带来了参与国际合作的机遇，又给我国的经济发展以及资源与环境的可持续发展带来巨大的挑战和压力。但总体来说，在我国开展海底封存，利大于弊。
2.1 有利因素
2.1.1 未来重要的减排技术
当前，包括国际能源署(IEA)、国际能源论坛秘书处(IEF)、石油输出国组织(OPEC)、国际海事组织(IMO)等在内的全球主要能源研究机构、主要碳减排积极倡导组织和国家已经一致将CCS技术作为未来的主要碳减排技术。IEA的研究表明，到2050年，将温室气体浓度限制在450×10-6的所有减排技术中，仅CCS就需贡献20％[11]。目前，我国已成为世界上最大的碳排放国之一，面临巨大的减排压力。我国陆地和海域遍布沉积盆地，具备实施地质封存的有利条件，碳封存的潜力巨大。由于海底封存可能比陆地封存更可靠和易于监控，所以开展海底地质封存将是实施减排的重要选择。
2.1.2 提升我国低碳技术竞争力的一次机遇
近年来，低碳经济的概念引起了国际社会的广泛关注。所谓低碳经济，就是指通过提高能效、开发新能源以及发展CCS技术等各种手段，以低能耗、低排放为基本特征，顺应可持续发展理念在保护生态和环境的前提下达到经济和社会可持续发展的经济发展形态[12]。在当前全球碳排放受到限制的局面下，提升低碳技术竞争力就是提升了国家核心竞争力。目前，CCS技术作为一项新兴的碳减排技术，总体上仍处于研发和示范阶段，我国在该技术领域与国际先进水平的差距不大。我们可以充分利用CCS技术发展的后发性，加强在该领域的投资与研发，将该技术作为未来我国应对气候变化和全球变暖的重要技术储备，提高我国在低碳技术领域的科技竞争力。
2.1.3 提高能源利用效率，保障能源安全
CCS技术的优势在于可减少使用化石能源造成的排放，因此它在全球的应用行业也均以化石燃料电厂为主，尤其是燃煤电厂。所以像我国这样以煤为燃料，以火力发电为主要能源的国家非常适合CCS技术的应用和发展。另外，我国海岸线绵长，各海区近岸海域海上开发及在建的油气田众多，自然条件对实现海底封存有利，各主要海上油气区沿岸适于捕获的排放源众多，运输成本相对较低，这些天然条件都决定了我国适于开展实施海底封存。同时在封存的过程中还可以提高石油、天然气、甲烷等产品的产量，能在某些情况下部分抵消封存成本。所以开展海底地质封存在提高我国能源利用效率，保障能源安全，减少温室气体排放，促进经济的可持续发展等方面均具有至关重要的战略作用。
2.2 潜在弊端
2.2.1 项目前期投入较大
CCS技术项目投资较大，中石油在吉林的驱油(EOR)项目是中国第一个封存和利用项目，项目开始于2006年，总投资2亿人民币，每年注入300～400 t 。2011年，中国神华集团同美国能源部合作在内蒙古鄂尔多斯建成10万t的CCS全流程项目，投资约2.1亿元。如此巨大的投入与更大量的减排需求相比仍然是杯水车薪。如果没有政府在立法和税收机制上的激励与优惠措施，CCS很难真正进入商业化应用阶段。
2.2.2 海底封存成本高
CCS项目的直接成本构成可以分为三个部分：的捕获成本、运输成本和封存成本。在当前的技术水平下，的捕集成本处于13～51美元/t，捕集是CCS全流程中成本最高的环节[13]。运输成本相对于捕获成本来说要低得多，主要取决于运输的距离和运输总量。目前典型的陆地封存成本为0.6～8.3美元/t，海洋封存成本为6～31美元/t。而且，为确保地质封存的安全性所要求的长期监测、事故应急响应和可能的赔付等也会加重CCS的成本负担。政府间气候变化专门委员会(IPCC)对发电厂的CCS技术投资进行过估算，在2002年的状况下，估计CCS在产电方面的应用将使产电成本增加大约0.01～0.05美元/KWh，具体成本将取决于燃料、特定技术、场地以及国家环境。将EOR的利益包含在内，会使CCS造成的额外电力生产成本降低大约0.01～0.02美元/KWh。用于产电的燃料市场价格的上升通常会使CCS的成本增加。石油价格对于CCS的量化影响尚不确定。然而，来自于EOR的收入通常随石油价格升高而上升。CCS在小规模的基于生物质的电力生产中的应用会大幅度增加用电成本，在一家较大的具备CCS煤电厂中进行生物质复合燃烧将更有成本效益[14]。可以肯定，随着技术的持续进步，CCS技术的成本将逐渐下降。
2.2.3 存在泄漏风险
从封存场地中泄漏会导致两大类风险：全球性风险和局部性风险。泄漏的全球性风险可在选址时避开，而局部性风险则需要大量的计算和分析来规避，并在发生时采取相应的工程措施加以控制。海洋追踪数据和模式计算结果表明，在海底封存的情况下，根据注入的深度和地点不同，100a以后留存比例在65％～100％，500a以后在30％～85％(较低的百分比对应于1000m的深度，较高的百分比对应于3000m的深度)[14]。海洋封存的其释放是缓慢的、逐渐的，这一过程一般会延续几百年，但是我们不能就此忽视其泄漏风险。同样在运输和注入的过程中也存在着一定的泄漏风险，可能会危及现场操作人员的人身安全，甚至会对泄漏地附近的居民和生态系统造成不良影响。由于目前我国CCS的环境监测、风险评价和安全管理体系尚不完善，这在某种程度上加重了对CCS项目安全问题的忧虑。
2.2.4 可能的环境风险
对海底封存的最大担忧来自于其可能产生的环境风险，需要特别关注的是泄漏可能造成对沉积环境的改变及局部海洋酸化的风险。泄漏导致海水中局部含量过高，可以造成动物的窒息死亡。泄漏还将引发海水酸化，对海洋生物多样性产生重要影响，这一生态效应已在海底火山口得到了证实。研究表明，天然的海底火山口向海水中释放的可导致海水pH下降到7.8左右，周边海洋生物种类减少了近1/3，一些贝类的外壳明显变薄[15]。在实验室模拟泄漏条件下，海水pH下降得更快更低，一些海洋敏感生物的生长和生理功能均受到明显抑制，甚至出现死亡。根据一项为期数月的针对升高对海洋表面生物影响的试验研究结果，随着时间的推移，钙化的速度、繁殖、生长、周期性供氧及活动性放缓和死亡率上升，一些生物对的少量增加就会做出反应。在接近注入点或湖泊时预计会立刻死亡[16]。升高对深层带、深渊带、海底带生态系统可能产生的影响还缺乏充分的了解。尽管这些区域的生物相对稀少，但作用于其上的能量和化学效应还需要作更多的观察以发现潜在的问题。由于与水反应生成H2CO3会提高海水的酸性。为了加强封存效果，可以在封存地点溶解碱性矿物质，如石灰石等，以中和酸性的。溶解的碳酸盐矿物质可以将封存时间延长到大约10000a，同时将海洋的pH和分压的变化降至最低。然而，该方法需要大量石灰石和材料处理所需的能源[16]。
3 存在的瓶颈及对策建议
3.1 应用瓶颈
尽管在中国开展海底封存的前景十分的广阔，但是也存在着一定的应用瓶颈。
3.1.1 缺少相应的政策法规支持
实际上，过去CCS难以真正的实施并不是因为技术问题，而是政府的配套政策不到位。早在上世纪90年代，英国科学家就对CCS产生了浓厚的兴趣，并一度引领着当时的技术潮流。英国石油公司(BP)便是世界上最早开始探索CCS商业化途径的公司之一。但英国政府对该技术始终表现得不冷不热，CCS在英国很难得到政府资助或政策支持。在技术相对领先的欧洲，目前碳捕集成本约为70欧元/t。面对动辄上万吨、甚至百万吨的减排需求，其综合成本相当惊人。如果政府不能出台鼓励政策，与企业共担风险，CCS的未来令人堪忧。正因为如此，在得不到政府支持的前提下，几乎没有一家企业愿意单方面投资CCS。目前，海底封存的研究落后于陆地封存，如果没有政府相应的政策法规支持，对于暂时成本更高的海底封存来说将举步维艰。
3.1.2 技术储备不足
目前的CCS技术正处于快速发展阶段，虽然在该技术领域我国与国际先进水平的差距不大，可以充分利用CCS技术发展的成果，但是由于各种封存技术大多处于研究和示范阶段，仍未形成成熟的市场，尤其是海底封存方面的研究仍显不足，这就要求国家加强在该领域的投资与研发，开展一系列的海底封存相关项目，提高技术储备，以便为日后的CCS实施提供技术保障。
3.1.3 建设和运行成本高昂
CCS技术成本包括捕集、输送与封存三部分，都要消耗大量的能源，成本高昂。一般情况下，海洋封存的成本要明显高于陆地封存的成本，这是因为在海上进行的钻井、地震勘探等大量工作都要比在陆地上进行的同类工作投资大。但是海底封存的附加收益能够在一定程度上抵消运行成本，如EOR获得更多的石油、发电成本下降、更容易获得许可和资金支持等，所以从经济上综合考虑，海洋封存比陆地封存更有吸引力。而且可以肯定的是，随着技术的持续进步，CCS技术的成本将逐渐下降，海底封存的成本也将随之降低。
3.1.4 缺乏海上示范项目
虽然国际上从1996年开始就已经开展了一系列的海底封存项目，但是我国目前仅有的几个CCS示范项目还都只是陆上项目，尚没有一个真正意义上的海底封存示范工程。由于在大规模推广海底封存之前，必须在示范项目中对捕集和封存过程中所采用的技术进行实证研究，确定捕集和封存技术方法的使用范围、效率损失、封存成本、泄漏风险等要素。因此，海上示范项目的缺失，严重地制约了海底封存研究的推进，延迟了风险控制技术的确立和检验。
3.1.5 公众认知度低
研究表明，公众对CCS技术的认知度不够，CCS技术还没有像其他减缓气候变化方案那样得到普遍认可。进一步发展CCS技术，除了要逐步减少能耗，还必须获得政策法规和财税支持，因此广泛的公众认可基础必不可少。
3.2 对策建议
鉴于海底封存目前存在的主要难题及其对我国应对气候变化和节能减排工作的重要意义，我国应高度重视有关技术研发工作，密切跟踪国际发展动态，做好相关技术的战略储备和政策管理体系的前期构建工作。
3.2.1 完善法律法规，制定清晰的产业发展政策
缺乏完备的政策、法律、规范体系是CCS技术实施的主要障碍。目前，几乎没有哪个国家针对封存制定了具体的法律和管理框架。欧盟、美国、澳大利亚等国家和地区是CCS技术的主要倡导者，也是法制化管理CCS技术的主要推动者。目前已出台的CCS管理法规包括欧盟的《碳捕集与封存指令》、美国的《捕集、运输和封存指南》、澳大利亚的《捕集与封存指南-2009》，以及IEA提出的CCS技术路线图。我国也应该制定相应的关于CCS技术尤其是海底封存方面的法律法规。只有制定和完善了相关的法律法规，才能据此制定清晰的产业发展政策，由政府主导，吸引企业参与，通过基础研究与多次示范，逐步扩大规模，降低成本，完善技术，实现产业化；通过建立政府-企业-科研机构有机结合的发展模式，推进我国海底封存的发展进程。
3.2.2 增加科研投入，提高海底封存技术水平和安全性
CCS技术面临的考验不仅来自技术自身的效率问题，更来自高昂成本，以及可能带来的环境影响、健康危害和安全风险等问题。在陆上封存方面，目前组成CCS技术的捕获、运输和封存三大环节均有较为成熟的技术可以借鉴，且有众多示范性项目正在实践。但是海底封存则相对研究较少且没有较成熟的示范试验，所以在技术的可靠性上有一定的疑虑，引发了公众对环境、健康和安全等问题的担忧。而高昂的成本和较高的能效损失更是在我国开展海底封存的巨大障碍。在这些问题面前，政府需要大力加强科研投入，努力提高海底封存的技术水平。同时加强海底封存技术应用的环境、健康和安全影响评价，以及风险管理研究，以提高海底封存技术的安全性。
3.2.3 开展海底封存示范项目
国家海洋局通过开展海洋公益性行业科研专项经费项目“中国二氧化碳海底封存能力评估与风险控制技术预研究”工作，给出了中国海域海底地质封存区等级划分及其分布，珠江口盆地为优级封存区，是我国开展海底地质封存示范的首选区域。另外，已经开发的海上油气田具有丰富的地质资料、较为完备的基础设施，从经济和技术可行性角度考虑，具有更大的优势。因此，可以借助油气资源近于枯竭的油气井开展海底地质封存示范项目。建议我国建立以海洋行政主管部门牵头、多部门参与的综合协调机制，抓紧在珠江口盆地或借助即将废弃关闭的海上油气田开展海底地质试验性封存项目。
3.2.4 开展合作项目，建立有效的国际合作机制
海底封存是一项及其复杂、需要资金量巨大，但拥有巨大减排潜力的技术。我国想要靠一己之力很难实现技术的发展和推广。我国应该加强与掌握海底封存先进管理和技术手段的发达国家进行国际合作，积极促成联合研发项目，建立有效的国际合作机制，提升中国海底封存技术水平。近年来，我国政府先后与英国、澳大利亚、美国、意大利等国就CCS的研发进行了广泛的合作，但是就海底封存方面的交流还比较少，今后应充分利用现有的中外CCS合作平台，通过具体的合作计划和项目加强中澳在海底地质碳封存区划方面、中挪在海底地质封存工程实例及监测方面的合作，中英在政策制度及综合技术方面的合作。
3.2.5 加强宣传教育，提高公众认知
公众对CCS技术的接受已成为国外推广CCS的主要障碍。公众主要关注CCS技术的问题有两个，一个是CCS是否泄漏，另一个是泄漏之后有什么后果。至于海底封存，公众最关注的是万一泄漏将引发海水酸化，破坏海洋生态环境，给人们的生活带来影响。公众一般不了解CCS技术在减排体系中非常重要的减排作用，中国应在此问题上未雨绸缪，提前制定相应政策，加强宣传教育，提高公众对海底封存的认知。
4 结论
(1)在我国开展海底封存有利有弊，有利因素主要是海底封存是未来重要的减排技术，也是提升我国低碳技术竞争力的一次机遇，同时能够提高能源利用效率，保障能源安全。潜在弊端主要包括项目前期投入大，海底封存成本高，有泄漏风险，可能引起海洋酸化等环境风险。但总体来说，利大于弊。
(2)在中国开展海底封存主要存在的瓶颈包括：缺少相应的政策法规支持，技术储备不足，建设和运行成本高昂，缺乏海上示范项目，公众认知度低。据此提出对策建议：①完善法律法规，制定清晰的产业发展政策；②增加科研投入，提高海底封存技术水平和安全性；③开展海底封存示范项目；④开展合作项目，建立有效的国际合作机制；⑤加强宣传教育，提高公众认知。