“碳达峰、碳中和”的地质解决方案

“碳达峰、碳中和”的地质解决方案
发布时间：2022-05-30T09:13:44.017Z 来源：《新型城镇化》2022年11期作者：董孟[导读] 在遥远的石炭纪、二叠纪、侏罗纪、白垩纪、三叠纪等久远的时期，大量的生物及其沉积物因地壳变迁被埋在地下而迅速与空气隔绝，在适宜的地质条件和长期高温、高压的作用下，逐渐被碳化，最终形成了岩石碳库中最重要的部分——煤、石油、天然气等高碳能源。

重庆市地质矿产勘查开发局川东南地质大队重庆 400038
摘要：2030年前实现碳达峰，2060年前实现碳中和是我国提出的国家重大战略目标和承诺。

本文介绍了碳源与碳汇的概念，着重对地质碳汇进行了阐释，再通过介绍地质行业所作的相关工作，分析了在推动碳达峰与碳中和目标实现地质工作的作用与贡献，并提出了地质解决方法和设想。

关键词：碳汇二氧化碳地质碳汇地质储存
1 引言
在遥远的石炭纪、二叠纪、侏罗纪、白垩纪、三叠纪等久远的时期，大量的生物及其沉积物因地壳变迁被埋在地下而迅速与空气隔绝，在适宜的地质条件和长期高温、高压的作用下，逐渐被碳化，最终形成了岩石碳库中最重要的部分——煤、石油、天然气等高碳能源。

几亿年之后，这些化石燃料伴随着工业革命的来临推动了人类社会的发展，但大量燃烧化石能源排出的二氧化碳等温室气体加剧了全球气候变化。

我国承诺将力争2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和。

2 什么是碳汇？碳源？
碳汇：从大气中清除二氧化碳的过程、活动或机制。

碳源：向大气中排放二氧化碳的生产和生活过程。

碳源与碳汇是两个相对的概念，即碳源是指自然界中向大气释放碳的母体，碳汇是指自然界中碳的寄存体。

减少碳源一般通过二氧化碳减排来实现，增加碳汇则主要采用固碳技术。

根据储存CO2 场地的不同，碳汇主要包括生物碳汇、海洋碳汇和地质碳汇等。

生物碳汇是指植物通过光合作用吸收大气中的CO2 ，又被称为“绿碳”。

主要包括森林等陆生植物碳汇、湿地碳汇、水生生物碳汇等。

海洋碳汇是指一定时间周期内海洋储碳的能力或容量，又被称为“蓝碳”。

3 地质碳汇
地球上的碳元素分别以不同的形态分布于地球表层的大气圈、生物圈、水圈和岩石圈系统中，地质作用促使碳元素在四个圈层之间相互转换、运移，形成碳循环。

地质碳汇是指通过岩溶作用、土壤固碳、矿物碳化等吸收CO2 ，或通过储层、咸水层、煤层等地下岩层中储存CO2 ，进而减少大气中的二氧化碳的过程、活动或机制。

3.1 岩溶碳汇
碳酸盐岩是可溶岩，雨水溶解大气和土壤中的CO2，生成碳酸，随后碳酸溶解碳酸盐岩，生成含碳酸氢根（HCO3-）和钙离子（Ca2+）的岩溶水体。

在此过程中，大气圈的CO2被不断移出，以HCO3-的形式进入到水圈中，这些高浓度无机碳含量的岩溶水，刺激水生植物进行光合作用，使部分无机碳转化为有机碳，最终起到了相应的碳汇效果。

CaxMg(1-x)CO3+CO2 +H2O=xCa2++(1-x)Mg2++2HCO3-3.2 土壤碳汇
土壤通过呼吸、河流侵蚀搬运、植物光合作用与动植物残体凋落等各种途径从大气、生物、河流中吸收并储存二氧化碳的过程、活动和机制。

3.3 矿物碳汇
以超临界（液态）或饱和水溶液的形式将捕获的CO2注入地下玄武岩或橄榄岩中，岩石里面的钙、镁、铁等金属元素，加速和促进CO2固化成无机碳酸盐矿物的过程，是一种相对稳定的碳汇方式。

3.4 二氧化碳地质储存
CO2地质储存就是把从集中排放源分离得到的CO2注入到地下深处具有适当封闭条件的储层中储存起来。

CO2地质储存场所主要有沉积盆地内的深部咸水层、开采中或已废弃的油气藏和因技术或经济原因而弃采的煤层，以及开采过的大洞穴、盐岩溶腔和废弃的矿藏等。

4 地质行业在为“碳汇”做了些什么？
4.1 国外地质工作
上世纪90年代，美国地质调查局耗资10亿美元启动了密西西比河流域的碳计划，以小流域分期分批推进的方式持续进行监测研究，旨在了解地质系统中的碳汇作用。

欧盟委员会支持的“CO2地质封存卓越网络”是欧洲CO2地质封存方面的科学权威，提供封存场地选择及表征、风险分析、运营可靠性管理等方面的CO2地质封存安全标准。

4.2 国内地质工作
自上世纪90年代以来，袁道先院士先后领衔主持实施了《地质、气候、水文与岩溶形成》、《岩溶作用与碳循环》、《岩溶地质及其相关的生态系统全球对比》和《岩溶含水层与水资源全球研究》四个国际岩溶地质对比计划项目，对岩溶碳汇效应作了深入研究。

中国地质调查局先后设置了《全球变化的地质响应研究》（2009～2010年）、《中国地质碳汇潜力研究》（2010～2012年）、《应对全球气候变化地质研究》（2013～2015年）、《长江、珠江、黄河岩溶流域碳循环综合环境地质调查》（2016～2018年）等地质调查项目。

中国地质调查局2010年就开始了二氧化碳地质储存的研究工作，陆续开展了《全国二氧化碳地质储存综合研究》、《全国二氧化碳地质储存潜力评价与示范工程》等项目，开展二氧化碳地质储存潜力评价方法研究，并在神华集团鄂尔多斯开展了二氧化碳地质储存示范工程。

一系列项目的实施，在岩溶作用与碳循环、二氧化碳地质封存、海岸带环境变迁、矿物碳汇、过去气候变化重建等方面取得了一批重要成果。

5 地质工作在碳汇领域前景
一是减碳方面。

地质工作始终把支撑服务能源资源安全保障作为重要任务，不断探索无碳能源（页岩气、天然气水合物等）、低碳清洁能源（地热、干热岩、铀矿等）和新能源关键矿产（涉及电动汽车电池和电网储能、燃料电池、风力涡轮机和太阳能光伏发电等的锂、钴、石墨、稀土等）的勘查开发和有效利用，为加速我国能源结构的调整转型提供地质支撑。

二是增汇方面。

地质工作在岩溶碳汇和地质固碳等领域专业能力突出，对提高岩溶、土壤、草原、湿地等的固碳增汇能力具有显著优势。

三是封存方面。

地质工作可为新能源选址做好地质支撑，通过开展地球科学调查，为我国精准、安全和规范化地质封存储备关键技术。

同时可以在碳清除、碳捕获和碳利用等方面开展地质技术研究及工程应用。

四是古气候研究方面。

地球气候系统过去的变化均记录在各种地质载体中，如冰芯、沉积物等，由此可以进行古生态特征和气候环境的反演，对碳循环、碳平衡规律的探索。

结语
自然生态系统深度参与着全球碳循环过程，其吸收二氧化碳的固碳作用对中和碳排放贡献巨大。

地质碳汇作为最经济且副作用最少的方法，是未来我国应对气候变化，实现碳达峰、碳中和最有效的途径之一。

地质工作是实现碳中和目标不可或缺的一项重要工作。

参考文献
[1]《中国二氧化碳地质储存地质基础及场地地质评价》【M】.张森琦郭建强等著，地质出版社，2011
[2]《国外二氧化碳地质储存现状与进展》【M】.中国地质调查局水环地调中心编著，地质出版社，2013
[3]蒋忠诚，曹建华，覃小群等.中国地质碳汇潜力研究【R】．中国地质科学院岩溶地质研究所，2013
[4]李采，郭朝斌，李霞等.地质调查助力碳达峰碳中和目标实现的路径浅析【J】.中国地质科学院,2021。