大規(guī)模部署CCUS技術(shù)面臨系統(tǒng)性挑戰(zhàn)，需跨學(xué)科協(xié)同攻關(guān)
2025年1月15日，碳捕集利用與封存國(guó)際創(chuàng)新研究院芮振華教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合休斯頓大學(xué)在Energy期刊發(fā)表題為《Challenges in the Large-Scale Deployment of CCUS》的研究論文，系統(tǒng)揭示了碳捕集、利用與封存（CCUS）技術(shù)規(guī)模化應(yīng)用面臨的四大核心挑戰(zhàn)：地質(zhì)建模精度不足、運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)與雜質(zhì)管理缺陷、安全監(jiān)測(cè)技術(shù)瓶頸及政策框架缺失。研究指出，若不突破這些瓶頸，全球CCUS年封存量將難以達(dá)到2050年凈零目標(biāo)所需的5000萬(wàn)噸
背景與意義
CCUS是實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)的核心技術(shù)之一，當(dāng)前全球僅45個(gè)商業(yè)項(xiàng)目運(yùn)行，2030年預(yù)計(jì)封存能力（6.15億噸/年）較凈零需求缺口達(dá)385億噸。該研究首次從全鏈條視角整合地質(zhì)工程、流體力學(xué)、政策經(jīng)濟(jì)學(xué)多維數(shù)據(jù)，揭示了制約技術(shù)落地的深層次矛盾，為系統(tǒng)性解決方案提供理論支撐。
關(guān)鍵挑戰(zhàn)與技術(shù)創(chuàng)新
地質(zhì)建模精度不足制約項(xiàng)目可行性。深層非均質(zhì)巖層（如墨西哥灣Wilcox鹽層）導(dǎo)致傳統(tǒng)三維模型容量評(píng)估誤差超30%。團(tuán)隊(duì)提出融合機(jī)器學(xué)習(xí)與高分辨率地震成像的創(chuàng)新方案，通過(guò)整合巖心樣本數(shù)據(jù)建立動(dòng)態(tài)多物理場(chǎng)模型，將裂縫網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)精度提升至85%。
運(yùn)輸環(huán)節(jié)面臨腐蝕與成本雙重壓力。CO?流中雜質(zhì)（如H?S、O?）引發(fā)管道腐蝕及壓力驟升，北美案例顯示運(yùn)維成本增加40%。超臨界CO?相態(tài)對(duì)地形變化高度敏感，需優(yōu)化增壓站布局。研究建議開(kāi)發(fā)耐腐蝕復(fù)合涂層材料，結(jié)合相態(tài)控制算法降低長(zhǎng)距離運(yùn)輸能耗15%。
安全監(jiān)測(cè)技術(shù)存在深度局限?，F(xiàn)行4D地震監(jiān)測(cè)在3公里以深分辨率顯著下降，難以識(shí)別小斷層結(jié)構(gòu)。注壓過(guò)高可誘發(fā)地震（如美國(guó)俄克拉荷馬州5.6級(jí)地震案例）。團(tuán)隊(duì)構(gòu)建多技術(shù)融合預(yù)警系統(tǒng)，整合衛(wèi)星雷達(dá)（InSAR）、被動(dòng)地震網(wǎng)絡(luò)與Dieterich地震預(yù)測(cè)模型，實(shí)現(xiàn)注入壓力動(dòng)態(tài)調(diào)控，泄漏檢出率達(dá)99%。
政策機(jī)制缺失阻礙資本投入。碳價(jià)低于50美元/噸時(shí)項(xiàng)目無(wú)經(jīng)濟(jì)可行性，跨國(guó)運(yùn)輸標(biāo)準(zhǔn)缺位加劇投資風(fēng)險(xiǎn)。研究呼吁建立碳稅-補(bǔ)貼聯(lián)動(dòng)機(jī)制，簡(jiǎn)化審批流程，重點(diǎn)吸引私營(yíng)資本投入偏遠(yuǎn)地區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施。
該研究獲中國(guó)國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃支持，其技術(shù)路徑已應(yīng)用于陜西延長(zhǎng)石油CCUS項(xiàng)目，使封存成本降低22%。團(tuán)隊(duì)強(qiáng)調(diào)需構(gòu)建"地質(zhì)-工程-政策"跨學(xué)科平臺(tái)，加速技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室向工業(yè)級(jí)部署轉(zhuǎn)化。
原文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2095809924007203?via%3Dihub