二氧化碳捕集與封存（CCS）的大規(guī)模部署在全球實現(xiàn)凈零排放的道路中顯得越發(fā)緊迫，但CCS的全球部署顯著落后于預期。回顧和學習先進國家CCS項目成功的實踐與歷史，研究不同CCS項目的技術創(chuàng)新以及科學研究成果與認識，有助于包括中國在內的國家采取科學的方法來推動與部署CCS項目。
在CCS關鍵技術研發(fā)與示范中，西北大學的馬勁風教授研究團隊認為先進國家CCS科技基礎研究設施的建立，成為其CCS技術源頭創(chuàng)新、成本降低、風險降低、商業(yè)化推廣及人才培養(yǎng)的源泉。因此在分析對比國際CCS科技基礎研究設施特點的基礎上，重點分析了加拿大Weyburn-Midale項目從高濃度世界最大規(guī)模煤化工CO2捕集，到低濃度世界最大燃煤電廠年百萬噸CO2捕集的實施歷程與技術創(chuàng)新（圖1）。
圖1. 科學研究設施的建立和扎實的科學研究奠定了Weyburn-Midale項目成功的基礎。
Weyburn-Midale項目建立了世界最大的CO2地質封存科學試驗場，開展了持續(xù)12年的地質封存安全性與封存量的觀測、監(jiān)測與證實（MMV）試驗。特別是項目研發(fā)的多次四維地震監(jiān)測技術，確定了不同注入階段CO2在地下的成像，在證明CO2在地下賦存狀態(tài)與安全性的同時，也證明了CO2驅油的效果與波及范圍。CO2的地下監(jiān)測成像支撐了CO2驅油生產(chǎn)方案的調整，使得這個自1955年就開發(fā)的油田保持穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)。在沒有政府激勵政策的情況下，Weyburn-Midale項目從2000年10月開始以每年200萬噸的規(guī)模注入CO2，到2021年累積封存超過3500萬噸CO2，企業(yè)持續(xù)保持盈利，并成為負排放企業(yè)。
加拿大薩斯喀徹溫省SaskPower邊界壩電廠百萬噸級CO2捕集設施運行的實踐也表明，降低低濃度CO2捕集的能耗、減小化學吸收劑的衰竭、提高燃燒后CO2捕集系統(tǒng)的運行效率和穩(wěn)定性成為制約大規(guī)模CCS部署的關鍵。
解決大規(guī)模捕集CO2歸宿的驅動力是大規(guī)模CO2地質封存，這也是CCS項目的最終目標。西北大學的馬勁風教授研究團隊分析了CO2地質封存的安全性與風險監(jiān)控，斷層活化和蓋層突破、觀測、監(jiān)測與證實（MMV）的科學與技術問題現(xiàn)狀。其中如何進行現(xiàn)場級的CO2地質封存觀測、監(jiān)測與證實（MMV）的一系列技術方法研發(fā)，進而評估地下封存風險和封存量，并確保地下長期封存的安全性，是地質封存面臨的最關鍵科學與技術問題。
西北大學的馬勁風教授研究團隊認為，先進國家建設的CCS科技基礎研究設施，對于CCS基礎科學問題的理解、降低全流程CCS技術環(huán)節(jié)的成本、長期地質封存的安全性監(jiān)測、先進技術研發(fā)和進一步的商業(yè)化推廣示范以及人才培養(yǎng)起到至關重要的推動作用。雖然先進國家的CCS研究與知識共享，有助于加速CCS在其他國家降低成本、降低風險與商業(yè)化布局，但是地質條件的復雜性使得許多技術難以直接復制和取得應有的效果，比如中國的CO2強化驅油（EOR）并未取得像北美國家那樣高和穩(wěn)定的驅油效果。對注入地下的CO2封存狀態(tài)、運聚規(guī)律、安全性等科學問題研究和認識的不足制約了CO2-EOR與封存的規(guī)?；l(fā)展。如果缺乏CCS科學研究設施的研究與技術支撐，即便開展大規(guī)模CCS項目的建設，也難以持續(xù)運行且不能達到大規(guī)模、快速減排的目標。咸水層CO2封存可以更好地耦合多種碳排放源，是目前需要優(yōu)先發(fā)展的方向。
來源：Engineering
