目前二氧化碳在大氣中的含量水平為百分之三百八十五，而其正以每年3%的速度增長(cháng)。按這個(gè)速度發(fā)展，到2100年，空氣中的二氧化碳的聚集量將達到百萬(wàn)分之一千一百，整個(gè)地球的氣候條件將逐步接近史前年代：地球大氣層和金星的大氣層相類(lèi)似，二氧化碳取代氮氣成為主要成分；溫室效應造成的高溫將不適合任何動(dòng)物的生存，人類(lèi)社會(huì )則將在這一進(jìn)程中崩潰。
　　造成這一切的主要原因，就在于人類(lèi)的工業(yè)化進(jìn)程使得碳的排放量已經(jīng)遠遠超過(guò)了自然體系捕獲碳的能力。如何阻止這一進(jìn)程發(fā)展下去是個(gè)棘手的問(wèn)題。作為補救措施之一，人類(lèi)已經(jīng)開(kāi)始嘗試將碳捕獲與封存(CCS)作為一種產(chǎn)品推向前臺，并已經(jīng)在部分地區進(jìn)行試點(diǎn)。

自然碳捕獲

　　地球形成之初，大氣層的主要成分是二氧化碳和甲烷，是個(gè)不適宜居住的星球。但自然改變了這一切。經(jīng)過(guò)數億年的時(shí)間，大部分二氧化碳都被“蓄碳池”體系所吸收。海水、綠色植被都是蓄碳池體系的組成部分?，F今地球的海水里充滿(mǎn)了遠古時(shí)代的碳，其總量大約有35萬(wàn)億噸。而經(jīng)過(guò)數千萬(wàn)年的時(shí)間，地球上的原始森林也吸進(jìn)了數萬(wàn)億噸的二氧化碳。被植物所捕獲到的大多數二氧化碳經(jīng)過(guò)數十億年的時(shí)間，都演變成更加固定的地質(zhì)形態(tài)，包括石灰石、頁(yè)巖，也包括煤炭、石油和天然氣等碳氫化合物。
　　直到大約500年前，這種自然碳捕獲的過(guò)程都進(jìn)行得十分順利。碳的循環(huán)在當時(shí)達到了一定的平衡：腐爛的植物或者火焰每排放一個(gè)二氧化碳分子，森林或海洋就會(huì )重新吸收一個(gè)同樣的分子?？諝庵械亩趸紳舛葹榘偃f(wàn)分之二百七十。
　　然而，從公元1500年開(kāi)始，這種平衡被逐漸打亂。由于農業(yè)的發(fā)展和對木材的需要耗盡了森林，地球吸進(jìn)碳的能力逐步下降。更為重要的是，對能源需求貪得無(wú)厭的工業(yè)革命引發(fā)了碳氫化合物燃燒量的驟增，從而扭轉了數億年來(lái)碳儲存的平衡。從18世紀末以來(lái)，人為的二氧化碳排放量已經(jīng)從微不足道的每年1億噸上升到每年63億噸，大約比生物圈所能吸收的量多了一倍。由于每年進(jìn)入大氣層中的碳量比被捕獲的碳量多出32億噸左右，所以大氣層中碳的聚集量開(kāi)始上升，增加到了現在的每百萬(wàn)分之三百八十以上。
　　皮尤全球氣候研究中心研究員本•普雷斯頓說(shuō)：“即使人類(lèi)今天停止了所有二氧化碳的排放，那么我們還得等上兩三個(gè)世紀的時(shí)間，才能等到自然界的蓄碳池將已經(jīng)在大氣層中多余的二氧化碳吸收掉，讓二氧化碳的聚集量恢復到工業(yè)化以前的水平。”
　　在這種背景下，人類(lèi)開(kāi)始了人為碳捕獲與封存技術(shù)的嘗試。

碳捕獲與封存

　　二氧化碳捕獲和封存技術(shù)在具體實(shí)踐中同樣分為“碳捕獲”和“碳封存”兩個(gè)步驟進(jìn)行。對于碳捕獲而言，人們現在已經(jīng)掌握了三種主要的技術(shù)路徑：燃燒后捕獲(post-combustion)、燃燒前捕獲(pre-combustion)和富氧燃燒捕獲(oxyfuel-combustion)。
　　燃燒后捕獲是指從化石燃料燃燒后產(chǎn)生的廢氣中采用液體溶劑和加熱的方式將二氧化碳分離出來(lái)。而燃燒前捕獲則是首先將化石燃料轉化為氫氣和二氧化碳的混合氣體，然后二氧化碳被液體溶劑或固體吸附劑吸收，再通過(guò)加熱或減壓得以釋放和集中。
　　與燃燒后捕獲相比，燃料前捕獲中碳的壓力和濃度均相對較高。這使得碳的分離更為容易，同時(shí)也提供了進(jìn)一步應用新型碳捕獲技術(shù)的可能性。而如今正在實(shí)驗室或試點(diǎn)項目中小規模使用的富氧燃燒技術(shù)，同樣涉及燃料燃燒過(guò)程，但不同之處在于助燃劑是氧氣而非空氣。其燃燒后的廢氣也主要由水蒸氣和高濃度的二氧化碳構成。
　　碳埋存技術(shù)的現實(shí)應用則需要首先尋找到適宜封存二氧化碳并使其與大氣完全隔絕的地質(zhì)層。而從地質(zhì)學(xué)角度看，實(shí)際上有三類(lèi)地質(zhì)層均能用來(lái)埋存二氧化碳，其中最具吸引力的當屬現有的油田和氣田?；谌藗儗Ξa(chǎn)油層和產(chǎn)氣層的地質(zhì)概況的深入了解，油田和氣田已被證實(shí)可以容納碳氫化合物。而更重要的是，將二氧化碳回注油田能顯著(zhù)提高油田采收率多達5%至15%，并可相應地延長(cháng)油井生產(chǎn)壽命——這種“化腐朽為神奇”之術(shù)實(shí)質(zhì)上已成功地幫助了不少產(chǎn)量日減的油田得以增產(chǎn)延壽。
　　第二類(lèi)地質(zhì)層是不含碳氫化合物的圈閉(一種能阻止油氣繼續運移并能在其中聚集的場(chǎng)所)，但它具有和含油層、含氣層和煤層類(lèi)似的結構。
　　第三種就是底水-深度蓄水鹽層，由于鹽層的分布面積廣大，因而被推舉為一種長(cháng)久的碳埋存解決方案。

（來(lái)源：中國慶華集團規劃發(fā)展部 王瑗 轉載整理）