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实现碳达峰碳中和 地质调查大有可为

2021-03-08 10:41:44    来源: 中国自然资源报    作者:马冰

碳中和,是指国家、企业、产品、活动或个人在一定时间内直接或间接产生的二氧化碳或温室气体排放总量,通过植树造林、节能减排等形式,以抵消自身产生的二氧化碳或温室气体排放量,实现正负抵消,达到相对“零排放”。由此可见,实现碳中和的核心是控制碳排放。其中,加大清洁能源开发利用、加快推进碳捕集与地质储存、加强碳源碳汇研究等,都是实现控制碳排放的重要举措。

清洁能源在各国新制定的能源战略中占据重要地位

在应对气候变化、实现碳达峰碳中和的背景下,全球生态安全和能源资源安全双重压力增大。近期,世界各国纷纷重新制定或修改其国家能源战略,将清洁、绿色、低碳和安全、可靠、经济摆在了同等重要位置,根据自己国家的国情与能源资源禀赋特征,优化能源供需结构,确定清洁能源的发展重点和目标任务。

天然气,被许多国家作为实现碳中和的过渡能源。2019年,天然气在世界能源消费结构中的占比达24.2%(石油为33.1%),其中经合组织国家(OECD)为27.8%(石油为38.4%),而天然气在中国能源消费结构中的占比仅7.8%(石油为19.7%)。随着能源清洁化的需要,国际石油公司纷纷将天然气和液化天然气业务作为中长期发展的战略目标,积极布局天然气勘探。伊朗、阿联酋等国家也开始重视天然气勘探开发。而我国目前还未实现“油气并举”。

页岩气及其他非常规天然气的勘查开发利用力度也在加快。美国凭借页岩气的开发利用实现了能源独立,并改变了全球能源版图。当前,其他国家页岩气的勘查开发力度也在加大,研究重点仍然是开发利用中的环境问题以及所诱发的微地震等问题。

地热能、铀矿等无碳能源的开发利用规模不断扩大。随着地热直接利用和地热发电技术日趋成熟,全球有效开发利用地热资源的国家已达百余个。未来,地热能开发利用技术的研究重点将主要集中于热电高效转换技术、储能技术和干热岩高效开发与利用技术。核电在世界能源消费结构中的占比2019年为4.2%,在经合组织国家(OECD)为7.6%,而在中国能源消费结构中核电仅占2.2%。

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技术的飞速发展,都依赖于大量不同种类的关键矿产,如锂、钴、石墨、稀土、镍、锰等,而且这些矿产目前几乎没有替代品。2020年5月,世界银行发布的《气候变化行动所需要的矿产资源——清洁能源转型的矿产耗用强度》报告,以大量数据分析为基础,强调指出低碳技术的矿产耗用强度(也称之为耗用率)不可低估。而早在2017年,世界银行发布了一份题为《矿产和金属在低碳未来中不断增强的作用》的报告,得出的结论是,没有矿产资源,就不可能实现低碳未来,矿产特别是关键矿产将成为能源转型的重要基础之一。

碳捕集与储存是碳中和过程中一项必不可少的技术

碳捕集与储存(CCS)在国际上是一项比较完善的技术,早在1938年已趋于成熟。许多国家和国际组织认为,CCS是碳中和过程中一项必不可少的技术。国际能源署(IEA)、政府间气候变化专门委员会(IPCC)等多家机构认为,在未来全球碳中和的解决方案中,CCS将占至少10%的份额,并能为本世纪中叶实现净零排放作出重要且不可或缺的贡献。

当前,全球利用CCS技术捕集的二氧化碳总量每年约4000万吨。关于必须捕集和封存多少二氧化碳才能实现净零排放,相关机构评估的结果差异很大。IPCC《全球升温1.5℃特别报告》对90种情景进行了评估,几乎所有情景都需要CCS技术才能将全球升温幅度控制在1.5摄氏度以内:90%的情景要求全球二氧化碳年封存量到2050年达到36亿吨或更高;所有情景都要求2050年永久封存的二氧化碳平均达到100亿吨。在IEA可持续发展情景中,利用CCS技术捕集的二氧化碳总量将从现在的每年约4000万吨增至2050年的约56亿吨。

全球二氧化碳地质储存资源评价是一个为期6年的计划项目,由石油和天然气气候倡议(OGCI)提供资金支持,并在地质储存工作组(SWG)的监督下,发布潜在的地质储存资源评价结果。这些结果按照储存资源管理系统(SRMS)进行分类。该系统基于石油资源管理系统为二氧化碳地质储存资源提供了一套一致性的统一定义和分类体系,旨在减少资源评价的主观性,并且能够对资源潜力进行合理地比较。

美国、澳大利亚、加拿大和欧洲绝大多数国家均已由地质调查机构完成了二氧化碳地质储存资源评价。但只是评价了潜在的资源量,要想真正用于CCS还需要开展大量的地质工作。这也是近期国际上地质调查工作的重点之一。

实现CCS的大规模部署和商业性,仍然面临一定的风险和困难。许多国家采取各种措施,从法律、政策和经济上支持CCS的部署。截至2020年11月,在欧盟和加拿大、捷克、芬兰、法国、德国、日本、墨西哥、葡萄牙、南非、新加坡、斯洛伐克、乌克兰、英国、美国提交的19项战略中,有15项包含了CCS。

地质记录研究是气候变化研究的重要内容

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。国际上,有关气候变化的地质记录研究推动古气候学、古地理学、古地貌学、古生物学、沉积学等学科的发展取得重大进展。

沉积地球化学在古气候研究中的应用广泛。气候和环境的差异影响光合作用的类型和强度,导致植物种属和碳同位素的组成不同,由此可以进行古生态特征和气候环境的反演。

生物地球化学循环,被誉为探寻地球新陈代谢过程的钥匙。当前,对生物地球化学循环的研究在全球迅速发展,特别是对碳循环、碳平衡规律的探索。比如:大气中的二氧化碳溶解到海洋中,即水圈和大气圈的碳交换和平衡。其实,碳捕集与储存本质上也是将排放出的多余的碳重返地圈的过程。

对古气候替代性指标的研究也逐步深入。古气候载体主要有冰芯、深海沉积物、黄土古土壤沉积、洞穴次生沉积物、湖泊沉积物、树轮、珊瑚等。不同气候载体都有其各自的替代性指标,并且在一定程度上这些指标所反映的气候在全球范围内具有可比性。

近年来,国际上对气候变化的地质记录研究主要聚焦以下几个方面:地球温度改变的迹象与大气中温室气体浓度间的相互关系;温度的增加有多少是由于人为二氧化碳排放所致;古地质气候与现代的时间观测;新生代地质气候是如何从温室世界到冰室世界的;气候和全球生物地球化学循环在冰岩中的古观测法;晚新生代古地质气候与人类历史间的联系等等。

地质调查是实现碳中和目标不可或缺的一项工作

为支撑服务国家应对气候变化战略,自然资源部中国地质调查局在清洁能源勘查开发、碳捕集与储存、湖泊沼泽碳库调查等方面开展了大量工作,并取得了一批重要成果。

近年来,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;在我国典型生态脆弱区,岩溶区、高原高寒区、河流、海岸带、湖泊、河口区等气候变化敏感地区开展了应对气候变化综合地质调查,与林草局合作,开展了全国湖泊沼泽碳库调查。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。 “十三五”期间,中国地质调查局实施的海域天然气水合物试采、青海共和盆地干热岩勘查开发示范取得重大突破,锂、铍、石墨等关键矿产取得找矿新发现。

中国要实现碳中和的目标,要比发达国家付出更大的努力。地质调查工作在碳达峰、碳中和行动中的作用不可或缺。

一是在碳源减排中,能源结构调整将提升清洁能源占比,因此要加大低碳能源、无碳能源和金属能源调查勘查开发力度。以页岩气、天然气水合物为代表的低碳能源,以地热、干热岩、核能为代表的无碳能源,以锂、稀土等为代表的关键金属矿产的调查评价、勘查开发任重道远。二是碳消除中,要重视以岩溶、地下卤水、盐丘等为代表的地质碳汇,以及森林碳汇、海洋碳汇,调查评价需要综合集成。三是地下空间利用中,加快技术成熟度较高、以二氧化碳为代表的地质储存技术的研究,以及储氢和核废料的地质处置,可商业利用的地质空间资源状况急需调查、分类评价和开发利用示范。四是注重以地球系统科学理论为指导,开展全生命周期的碳源碳汇及其全球气候变化对灾害、水平衡效应的调查评价和跨学科系统研究,包括经济法律等政策机制。

(作者系中国地质调查局地学文献中心(中国地质图书馆)研究员)

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