川观新闻记者 张彧希

根据美国国家海洋和大气管理局的数据，今年5月，全球大气中二氧化碳的浓度升至419ppm（浓度单位）。在不算太遥远的1960年，这个数字还不到320。

全球变暖导致海洋温度的上升，过去的150年间增加的能量相当于每秒钟有1.5颗广岛原子弹爆炸的威力。

8月13日，在四川大学新能源与低碳技术研究院的一间办公室里，岳海荣教授列出上述数据。

温室气体二氧化碳（CO2），正成为人类很多烦恼源头。除了转变能源获取方式，减少使用石油、煤炭、天然气等富碳燃料外，能否另辟蹊径，把我们排放的二氧化碳"捕捉"起来、"控制"起来，"利用"起来？

四川大学副校长梁斌教授带领的团队，就在进行这样一项前沿研究——碳封存。

从"废"变"宝"

何为碳封存？

看不见摸不着的二氧化碳，如何被封存？岳海荣说，第一步就是要"抓住"它，即碳捕捉。

想象一下，在一家钢铁厂巨大的烟囱底部，安装一个胖胖的钢制容器。炼钢过程产生的废气被引入烟囱底部，刚一"进门"就遇上了一张网。"这张网其实是个吸收或过滤装置，由于各种气体分子的酸碱性质不同、个头大小不一，二氧化碳气体就被拦了下来。"岳海荣说，被"抓住"的二氧化碳，会输送到别的容器中进行利用或封存，而不含二氧化碳和其他有害气体的净化烟气则从高烟囱口排出。

资料显示，我国的二氧化碳排放量居全球首位，2020年排放量近100亿吨。发电、钢铁、水泥等工业生产是碳排放的重点领域，占总排放量的70%。

"碳封存技术，就是将工业生产过程中排放的二氧化碳捕捉后，加以利用或封存，以实现工业过程的碳减排，变废为宝。"岳海荣说，这一灵感，来自于大自然的风化现象。坚硬的岩石、矿物质被风吹、被雨淋，矿物与大气中的二氧化碳和水接触产生化学变化，形成松散的堆积物，这一过程，时间尺度以百年、千年为计。而碳封存，是这一过程的"加速版"。

同样是那个胖胖的钢制容器。当工业废气从烟囱底部喷涌而上的同时，容器上方，无数股脱硫渣浆液喷洒而下。两者相遇，二氧化碳"义无反顾"地告别了废气大军，选择了钢渣溶液中的钙、镁等原子。

"酸碱反应，不难理解。"岳海荣说，这一"相遇"，让碱性的脱硫渣和酸性的二氧化碳"洗心革面"，产生了对环境无害的石灰石。"石灰石的用途广泛，生产玻璃、建材、橡胶、塑料等，都用得上。"岳海荣说，这样一来，二氧化碳从"废"变成了"宝"。

由于西部地区是我国重要的资源和能源供给地区，开采和利用均会产生碳排放和废弃物，煤灰、钢渣、高炉渣等，都是很好的固碳原料。而我国每年的固体废弃物堆弃量达数十亿吨。"碳封存技术，预计每年可解决上亿吨的二氧化碳排放量。"岳海荣说。

碳封存的另一个路径，是将捕捉到的二氧化碳压缩为液态，"然后把它给注埋在地下，不让它到大气中捣乱。"

然而，直接埋掉，并非最优选项。在进行地质封存的过程中，二氧化碳还可以完成驱油驱气的新"任务"。

"形象地说，就是将液态二氧化碳注入地下空隙处，原本在这里的石油、天然气、地热等资源不得不‘挪窝’，被二氧化碳‘逼’得逃向地面。"岳海荣说。

我国有塔里木盆地、柴达木盆地、渤海湾盆地、松辽盆地等10多个适宜进行地质封存的区域，而四川盆地东部地区，因其丰富的石油、天然气和地热资源，也位列其中。

从实验室到钢铁厂

攀钢集团西昌钢钒有限公司背后，曾经有一座山。这是一座由脱硫渣垒成的山包，为防止下雨天含有碱性物质的脱硫渣随雨水四处流淌，刮风天脱硫渣粉随风飘散，需要投入大量的人力与财力对渣场进行管理，避免环境污染。

去年11月，由梁斌团队、西昌钢钒公司和蓝鼎环保公司合作的二氧化碳矿化利用脱硫渣工业装置正式运行。这也是目前世界上最大规模的同类装置。碳封存技术迈出了从实验室到工厂的关键一步。

"这个装置每年能处理二氧化碳15000吨，利用脱硫渣15万吨。"岳海荣说，在国外，目前最大的同类项目位于冰岛，二氧化碳处理量仅每年50吨。

"渣山"在一点点变矮。矿化反应产生的石灰石，经处理后，直接输送到厂内其它生产环节，代替外购石灰石原料。从高炉炼钢到二氧化碳、废渣再利用，工厂内部就形成了再循环。

经测算，该装置每处理一吨二氧化碳，可带来300元以上的经济效益。而该公司每年原本需外购数十万吨石灰石，现在可大量节约成本。"大部分碳减排技术作为环保项目，是不具备经济性的。该矿化封存技术和其他的技术路径相比，一个优势就在于其经济性较好。"岳海荣说。

今年，研究团队还与内蒙古乌海市一家公司合作，建立CO2矿化利用电石渣的示范装置，在为企业减碳和处理电石渣的同时，生产的轻质碳酸钙产品，每吨能卖1500元。

"但企业的前期投入还是比较大的。"岳海荣说，建一个矿化装置，投资在1000万元左右。此外，由于固废来源的行业和生产过程不同、组成成分复杂，也给技术推广带来一定挑战。

目前，梁斌团队还在积极探索利用二氧化碳发电的路径。"根据目前研发的千瓦级电堆效率测算，一吨二氧化碳，可发电192度，够一个家庭用一个月。

"其实，比起刚刚起步的矿化封存，地质封存的方式开展得更早、应用更广泛。"地质封存的技术是很成熟的了，目前全国有几十个项目在做。"岳海荣说。

然而，高昂的成本，却是一个令业界头疼的难题。"国内二氧化碳输送主要采用罐车运输，成本约为0.9~1.4元/吨/公里，运输成本很高。"岳海荣说，通过建设管道输送二氧化碳，短距离输送成本降到了0.5元/吨/公里以下，但需花费不菲的管道建设成本，并且酸性气体对管道造成腐蚀，维护是个难题。

"后期的监测也是个难点。"岳海荣说，二氧化碳埋进地下之后，由于储层应力场改变以及存在的天然裂缝、断层等地质结构、构造，在封存过程中存在泄漏风险。

记者查阅的公开资料显示，中国科学院武汉岩土力学研究所科研人员在实验室利用岩芯驱替夹持器模拟超临界二氧化碳的稳定驱替过程。该研究负责人表示，实验成果可应用于二氧化碳封存现场渗漏监测。

业界专家表示，如果地质封存点经过谨慎考察与精心管理，确定没有泄露，注入地层中的二氧化碳可封存1000年以上。

从"冷板凳"到"香饽饽"

梁斌团队一直从事矿物加工与废弃物综合治理方面的研究，对碳封存技术的研究早在2000年左右就开始起步。然而，这一路走得并不顺畅。

"技术上一直在稳步推进，最大的困难来自于怎么进行工业试验。"岳海荣说，前些年，企业没有减碳的"刚需"，面对需大量投入的工业试验，要么并不"感冒"，要么踯躅不前。

梁斌团队曾经与西部某省的一家企业谈妥进行矿化装置的中试试验，装置刚开建，因企业领导调整，项目被紧急"叫停"。

好在项目得到了国家科研经费的支持，最终也有一些具有前瞻眼光的企业伸出了合作之手。

"中石化与川大成立了矿化利用研究院，西昌蓝鼎环保公司提供中试场地和条件，才保障从实验室到百吨级、千吨级再到万吨级的十几套的工业试验。"岳海荣说。

在10余项新技术陆续走出实验室之后，2020年，梁斌团队的二氧化碳矿化技术获得了四川省技术发明一等奖。相关专家表示，该技术目前已处于国际领先水平。

岳海荣觉得，仿佛一夜之间，风向变了。"从今年初开始，几乎每天都能接到企业的电话，邀请我们去调研，开展合作。"岳海荣提供的企业名单里，不乏全省排名前10的大企业大集团。

"为了应对气候变化，以及国家的双碳目标，我们也在加大对于温室气体的捕集投入，同时也在寻求相关配套产业的合作。"前几天，岳海荣收到一封来自内蒙古的电子邮件，这是一家以高端铝合金材料生产和深加工为主业的内蒙古民营百强企业。

"来找我们的企业，几乎遍布全国各地，市场前景很大。"岳海荣分析，国家政策的强力驱动下，企业都感受到了减排压力，尤其是一些碳指标"卡"得很严的省份，企业寻求合作的冲动越发迫切。

应用推广"热"起来，梁斌团队的研发也在向纵深推进。"矿物和固废中有价值的元素较多，如何将碳封存技术与固废综合利用结合起来，进一步提升经济性？"岳海荣说。

举一个例子，炼钢产生的含钛高炉渣，其中含有超过20%的钛，在无法分离的情况下，只能丢弃，或铺路。而目前一吨氧化钛的价格接近2万元。"通过二氧化碳矿化技术，去除高炉渣中的钙镁等元素，留下的是含60%以上钛的原料，可以用于进一步加工成钛白、钛合金，产生更大价值。"岳海荣说，同样可以提取的还有废渣中的金、银、铜等多种贵金属。

同时，梁斌团队也在思考如何从环保的角度，对工厂的整个生产流程进行集成优化，"碳减排，并不是说在烟囱下面加段装置就行了，它涉及工厂的重新规划，能否把烟气和固废的治理与其它工段集成起来？使过程更清洁绿色、能耗更低、经济性更好。"岳海荣说。

【延伸阅读】

减碳，有多紧迫？

生产一部苹果手机，会产生大约64千克的二氧化碳排放；汽车发动机每燃烧1升燃料，会向大气层释放约2.5千克的二氧化碳……

面对这一困境，2015年12月12日的巴黎气候变化大会上通过了《巴黎协定》。《巴黎协定》约定，各国的长期目标是将全球平均气温，较前工业化时期上升幅度控制在2℃以内，并尽力将其限制在1.5℃以内。以其目标上限2℃计算，全球碳排放允许的总量为1万亿吨。这是人类第一次清晰界定了环境承受的极限边界。

经过政府间气候变化专门委员会（ICPP）测算，自19世纪工业革命以来，全世界累积排放已超过6000亿吨，超过该预算总额的60%。根据当前的排放速度估算，若不采取强力干涉措施，全球碳预算总额将在2045年耗尽。

从逻辑上說，减少大气中的二氧化碳有两个努力方向。其一，减少输入，在最短时间内转变我们的能源获取方式，減少使用石油、煤炭、天然气等富碳燃料；其二，增加去路，尽最大可能提高环境和人工二氧化碳的固定能力，直接降低大气中的二氧化碳浓度。

碳封存，即属第二個努力方向的路径之一。所谓碳封存，指的是以捕获碳并安全存储、利用的方式来取代直接向大气中排放CO2的技术。碳封存研究开始于1977年，但只是到了最近，才有迅速的发展。