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环保

如何迈向碳中和?——西北大学马劲风教授团队的探索与实践

日期:2022-09-22 来源:陕西日报 责任编辑:马东

        本报记者 张梅

        今年6月,西北大学地质系教授马劲风以5项专利技术入股,成立了陕西瀚坤世纪环保科技有限公司。

        “我们将在榆林建立二氧化碳地质封存科学实验装置,推动碳中和领域技术成果合作转化,构建产教融合、协同育人的校企合作新模式。”9月8日,马劲风在西北大学二氧化碳捕集与封存技术国家地方联合工程研究中心接受采访时表示。

        从2003年参加加拿大韦本油田二氧化碳驱油与地质封存项目至今,马劲风在“捕碳”之路上已经走了整整20年。

        20年来,他始终坚定“二氧化碳捕集利用与封存”(以下简称CCUS)研究方向,带领科研团队攻克一系列关键技术,致力于通过示范、推广CCUS技术,为碳中和目标贡献科研力量。

        低碳化的技术选择

        我国富煤缺油少气的能源结构和可再生能源尚无法完全满足大工业所需强大电力的现状,使得能源结构优化和低碳转型必然要依靠科技创新来寻找一条减排之路。CCUS是目前实现化石能源大规模低碳化利用的唯一技术选择。

        2020年9月,我国明确提出2030年碳达峰与2060年碳中和目标。CCUS技术因为在碳减排中发挥的重要作用而得到广泛关注。

        “CCUS是国际能源署和联合国政府间气候变化专门委员会等国际机构认可和推崇的实现低碳和净零排放的最有效且必要的技术手段之一。”马劲风介绍,“所谓CCUS,就是通过物理、化学、生物等手段捕集大气圈中过量排放的二氧化碳,再通过化工、生物等手段最大限度循环利用后,将其注入地下封存,从而达到人工干预下的碳循环平衡。”

        “我国富煤缺油少气的能源结构和可再生能源尚无法完全满足大工业所需强大电力的现状,使得能源结构优化和低碳转型必然要依靠科技创新来寻找一条减排之路。因此CCUS是国际公认的唯一能够实现大规模快速减排的技术解决方案,也是目前实现化石能源大规模低碳化利用的唯一技术选择。”马劲风介绍,世界主要发达国家都将CCUS上升到国家战略层面,投入上百亿美元持续开展相关研究,先后建立了一批深具影响力的CCUS科学设施。

        马劲风是国内最早参与国际CCUS项目的科研人员之一。

        2003年,他加入加拿大韦本油田CCUS项目组。加拿大韦本油田CCUS项目是世界最早,也是目前世界上最大、最成功的二氧化碳捕集与封存项目。

        从2003年到2010年,马劲风全程参与了该项目从论证、选址、建设到运行的研究,对CCUS的全流程技术以及工程建设中的难题有深刻的认识。在前期合作的基础上,2011年,西北大学与加拿大多伦多大学士嘉堡校区联合成立了“中加应对气候变化与碳封存中心”,并联合开展应对气候变化培训。

        “应对气候变化是全人类要共同面对的问题,也是国际前沿研究的热点。作为科研工作者,我们就是要面向世界科技前沿和国家社会的需求开展国际合作和科研攻关。”说起当时瞄准CCUS技术的初衷,马劲风表示,“前期国际合作的实践,不仅使大家看到了二氧化碳捕集与封存技术的潜力,也为我们在国内开展相关项目的研究积累了宝贵的经验。”

        建成国内唯一的国际认证项目

        2015年,靖边油田二氧化碳捕集与封存项目通过碳收集领导人论坛国际认证组织的答辩,成为当时中国唯一获得国际认证的全流程二氧化碳捕集与封存项目。马劲风坚信,CCUS不仅是应对气候变化的必然选择,也一定会成为前景广阔的产业。

        2012年,马劲风主持国家863计划“二氧化碳地质封存关键技术”课题,在陕西延长石油集团靖边油田建成国内第一个二氧化碳捕集与封存全流程示范项目。

        2015年,靖边油田二氧化碳捕集与封存项目通过碳收集领导人论坛国际认证组织的答辩,成为当时中国唯一获得国际认证的全流程二氧化碳捕集与封存项目。

        虽然已经过去了多年,马劲风依然清晰地记得碳收集领导人论坛国际认证组织的答辩情形。碳收集领导人论坛是一个促进成员国及国际社会在CCUS领域开展交流与合作的部长级多边机制,答辩非常严苛,不仅要向技术组专家详细阐释技术方案,还要经过由成员国政府官员组成的政策组的一一“拷问”,更要接受观察员国人员的提问。

        “答辩持续了两天,每场有两三个小时,我们最终获得了碳收集领导人论坛国际认证组织的一致认可。减排降碳的技术标准必须要经过国际的认可,才具有大规模推广应用的实际意义和价值!”马劲风说。

        2016年,由西北大学牵头申报的二氧化碳捕集与封存技术国家地方联合工程研究中心获批。马劲风开始带领科研团队致力于CCUS技术在国内的推广和应用。

        彼时,这一新兴技术仍然面临着诸多难点,也不太被接受。尽管已经做出了国内唯一得到国际认证的示范项目,马劲风和他的科研团队还是遭受了诸多质疑。

        马劲风坚信,CCUS不仅是应对气候变化的必然选择,也一定会成为前景广阔的产业。

        “我们就从建立科学装置做起,一方面,通过建立科学装置,攻克实际应用中的技术难题,降低成本,培养人才队伍;另一方面,通过科学装置的示范带动,探索形成可供复制的推广模式。”马劲风说。

        学校给予了马劲风最大的支持。西北大学组成了由化工学院、物理学院、化学与材料科学学院、城市与环境学院、生命科学学院多个学院参与的团队,协同攻克CCUS关键技术。

        随着“双碳”上升为国家战略,CCUS备受关注。马劲风也越来越忙了。

        2021年5月,西北大学和榆林市政府达成协议,双方将以平台搭建、项目研发、成果转化为载体,建设二氧化碳捕集、利用与封存重大科技基础设施科学研究中心。

        8月17日,国家发改委发布了2022年度碳达峰、碳中和课题项目委托研究承研单位的公告,西北大学与国内同行共同承担了其中的“碳捕集利用与封存重大示范项目研究”。

        推动CCUS产业发展壮大

        鄂尔多斯盆地(榆林)是我国最有利、最成熟的CCUS设施建设地。陕西拥有发展CCUS产业得天独厚的优势。作为能源、资源大省,陕西发展CCUS产业技术可以同时确保煤炭、石油、天然气开采,以及以煤电为主的能源工业体系完整和低碳发展。

        8月16日,陕西瀚坤世纪环保科技有限公司与西北大学签订了榆林二氧化碳地质封存科学试验场与大规模封存选址项目合作协议。

        “此次签约的目的是以公司模式运营CCUS科学装置,在选址、注入、监测等技术领域形成CCUS全流程示范,真正形成一个小型试验场,从而带动产业链的发展,并探索CCUS商业模式和运营模式的创新,形成CCUS商业化发展可复制的模式。”马劲风介绍。

        陕西拥有发展CCUS产业的得天独厚的优势。

        二氧化碳封存受地质条件限制,只有具备特定大规模沉积盆地地质条件的地区才能开展。“国际社会普遍认为鄂尔多斯盆地(榆林)是我国最有利、最成熟的CCUS设施建设地。”马劲风介绍。

        根据预测,到2050年,化石能源仍将扮演重要角色,占我国能源消费比例的10%至15%,CCUS将为实现该部分化石能源近零排放提供重要技术支撑。“作为能源、资源大省,陕西发展CCUS产业技术可以同时确保煤炭、石油、天然气开采,以及以煤电为主的能源工业体系完整和低碳发展。”马劲风说。

        陕西CCUS示范在国内领先,具有国内最完整的CCUS产业链、供应链,同时具有国内领先的CCUS科研教育体系。“在陕西双碳达标进程中,CCUS将发挥不可替代的作用。”马劲风认为。

        CCUS的大规模推广仍然存在一些问题与困难。

        这些问题包括:二氧化碳捕集和运输成本较高导致碳价高、煤化工二氧化碳捕集企业购买煤化工尾气的不合理性、国产压缩机能耗高、缺乏对基础地质资料的共享机制造成封存选址成本大幅度上升、二氧化碳地质封存的地下空间及油气田废弃井归属不清、地质封存监测技术与装备落后、支持减排的科技体制不健全、缺乏激励政策等。

        针对这些问题,马劲风认为,必须从完善发展CCUS的政策机制、健全推动CCUS发展的法律法规标准和统计监测体系、加强CCUS技术科技攻关和推广应用三个方面共同努力。

        他建议,陕西要不断完善支持CCUS的投资政策和激励机制,推进CCUS减排的市场化机制建设;理顺二氧化碳地质封存层位与封存地的管理机制,降低封存成本和确保封存安全,提升对CCUS减排的统计监测能力;不断强化CCUS基础研究和前沿技术布局,加快规模化CCUS技术研发和推广;借助秦创原创新驱动平台,加强创新能力建设,培育更多企业,加快技术落地。

        “为了实现碳中和目标,陕西需要,也有能力、有条件在2025年、2030年分别实现年百万吨级、千万吨级二氧化碳地质封存规模或减排规模,形成CCUS创新和产业集群,引领中国乃至世界CCUS发展方向。”马劲风表示。

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