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星光 | ​钱七虎院士带来地下空间开发利用新认知——科技赋能,碳中和需重视开辟“地下战场”
2021/04/13 20:37  交汇点新闻  

  交汇点讯 “地下空间开发利用对碳达峰、碳中和都可以发挥重大作用,做出积极的贡献!”谈起应对气候变化,84岁的国家最高科学技术奖得主、中国工程院院士钱七虎激情澎湃。

  我国的第十四个五年规划和2035年远景目标纲要也为应对气候变化制定了明确的时间表:2030年前实现碳达峰,争取2060年前实现碳中和。4月7日,钱七虎院士在苏州科技大学作学术报告,畅谈地下空间开发利用与碳汇、碳封存、能源、建筑以及交通用能的绿色转型之间的关系。此前,钱七虎院士任苏州科技大学城市地下空间安全防护技术研究院名誉院长,该研究院积极对接国家科技创新大战略、国家重点研发计划重点专项项目,参与了项目前期论证等工作。

  碳减排、碳吸收是阻止全球变暖的主要技术途径

  温室气体是全球变暖、气候变化的主要原因,二氧化碳是温室气体的主要成分,碳排放是全球变暖、气体变化的罪魁祸首,“碳减排、碳吸收是阻止全球变暖的主要技术途径,是应对气候变化的主要对策。” 钱七虎表示。

  具体路径该如何实现呢?钱七虎院士认为,碳减排、碳吸收的目标是先实现碳达峰,最终实现碳中和。碳排放主要来源是化石能源的燃烧,常规的三个碳排放大户,工业、建筑、交通各占约1/3。碳减排就是要降低化石能源使用比,实现能源的绿色转型。

  目前来看,全球温室气体排放的2/3来自城市。“现在全球人口越来越多,城市越来越大,占用了很大的地面空间,绿色生态空间越来越小。”钱七虎说,工业的碳减排要实现工业的绿色转型,在工业碳排放中实现碳捕集,以产业结构调整和技术进步实现工业节能。建筑的碳减排要实现建筑的绿色转型,用地热能、太阳能等可再生能源提供采暖、空调的能源,利用保温层、扩大采光面积等实现建筑节能。交通的减排要实现交通的绿色转型,从化石燃料驱动改为电能、氢能等新能源驱动。

  “碳达峰、碳中和主要有两个方面,一个是碳减排,一个是碳的负排放,也就是碳的吸收。”钱七虎说,碳的吸收,一种是植物吸收,另一种是把工业、电力、交通等排放出来的碳进行捕捉,然后压到地下空间。碳吸收包括碳封存与碳汇(负排放),碳封存也就是二氧化碳捕采、利用与封存(Carbon Dioxide Capture,Utilization and Storage,简称CCUS或CCS),包括深部咸水层封存、二氧化碳驱提高石油采收率、二氧化碳驱替煤层气等多种关键技术。碳汇是通过植树造林、植被恢复、森林管理等措施,利用植物光合作用吸收大气中的温室气体,并将其固定在植被和土壤中,从而减少温室气体在大气中的浓度,即发展绿水青山的生态建设。

  “联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)在第五次评估报告(2014年)中指出,CCS对于全球温室气体减排具有非常重要的意义。IPCC认为要在2100年实现450ppm二氧化碳当量浓度目标,即控制温升不高于2℃目标,CCUS技术将发挥至关重要的作用。”钱七虎说,IPCC的《全球升温1.5°C特别报告》(2018年)中指出,在实现控制温升不高于1.5°C的4种情景中,仅有一种情景(终端能源需求大幅下降)没有使用CCUS,其他三种情景中,CCS技术到2100年分别要实现减排量3480亿吨、6870亿吨和12180亿吨,“对于这项技术,我们目前有十几个试点项目,有的已经达到了几百万吨碳捕集的成效,把碳压到地下油气田,同时把石油、天然气驱赶出来。”

  地下空间建设与减排相互关联

  人们以往对城市地下空间的认知主要集中在破解城市发展空间不足上,而城市空间不足、地下空间建设以及减少碳排放是相互关联的。“开发利用地下空间,节约地面土地资源,建设绿色生态,才能实现碳汇。”钱七虎坦言,开发利用地下空间,就是要把城市交通,包括地铁和轨道交通、地下快速路、越江和越海湾隧道等尽可能转入地下,把其它一切可以转入地下的设施尽可能建于地下,实现土地的多重利用,提高土地利用效率,实现节地的要求。

  “国家提出长三角生态绿色一体化发展示范区,其70%是绿色、蓝色面积,雄安提出来百分之六七十的生态面积,这些如何实现?很大程度取决于地下空间的利用。”钱七虎说,2019年底,全国城市地下空间利用的总面积约22亿平方米。全国已开通运营的铁路、公路、地铁隧道总里程达42187公里。“中国城市地下空间开发利用总体规模与隧道建设总里程多年来居于世界领先地位,这是我国地面绿色生态建设,特别是城市绿色生态建设取得重要成绩不可或缺的因素。”

  碳封存则包括地质利用与地质封存。钱七虎指出,地质利用是将二氧化碳注入地下,生产或强化能源、资源的开采过程,不但封存了二氧化碳,而且还可用于提高石油、煤层气、地热、地层深部咸水、铀矿等资源采收率。地质封存是将捕采的二氧化碳储存于地质构造中,实现与大气长期隔绝的过程。主要划分为陆上咸水层封存、海底咸水层封存、枯竭油气田封存等。“根据我国国情估算,中国可封存容量大,二氧化碳咸水层封存具有很大应用潜力。对于富集煤炭、石油资源,水资源短缺的西部地区,对东部京津唐、苏锡常等地区沉降严重地区具有很大吸引力和潜力。”

  另一方面,地下空间开发利用与建筑用能的绿色转型也息息相关。“根据欧美国家的能源消费分析,建筑用能占总能耗40%,其中50%为建筑用热(冷)。”钱七虎说,利用地热为建筑供暖制冷是经济适宜的选择,应当成为建筑能源的首选方案。根据现有资料估算表明,长三角地区3000米以内的浅地热资源总量达1200亿吨标煤的热量,年可利用量相当于1.7亿吨标煤,可实现建筑物冬季供暖面积24.8亿平方米,夏季制冷面积14.5亿平方米。“然而,目前长三角地区利用地热供暖和制冷的建筑面积仅有0.57亿㎡,开发利用潜力巨大。”

  钱七虎说,在农业领域,实现节能减排最主要依靠农林沼气工程与化肥产业革新。截至2020年中国已建立200亿立方米的生物沼气池,大幅降低了甲烷与二氧化碳排放。为了实现更大程度的减排,“我们需在土地利用领域寻求新的突破,目前国内的垃圾处理主要依靠填埋,未来需推进垃圾地下采运、地下焚烧,目标在城市生活垃圾处理中达到80%的水平,捕捉大量的二氧化碳,释放出大批土地用以绿色建设,为负排放贡献绿色动力”。

  致力建成生态文明的美丽中国

  目前中国已经进入世界绿色发展碳汇的领先行列。“联合国报告中指出,世界新增绿色植被的1/4是由中国创造的。‘十四五’规划中提出,到规划期末森林覆盖面积达到国土面积24.1%。我相信碳达峰、碳中和指标一定能达到而且也可能提前达到,中国一定能建成生态文明的美丽中国。” 钱七虎表示。

  “此外,我国已成为可再生能源设施建造与设备制造大国,也必将成为绿色能源大国。‘十三五’期间,我国可再生能源开发实现跨越式发展,共装机9.3亿千瓦,占总装机功率42.4%。‘十四五’规划提出,到规划末中国单位GDP产值能耗降低13.5%,单位GDP值排放18%。”钱七虎说。

  “2019年8月,北京大兴国际机场地源热泵工程1号能源站开始启用,每年提取浅层地温能56.36万吉焦,实现大兴机场公共区域250万平方米办公场地的供热和制冷,节省天然气1735.89立方米,相当于21078吨煤,减少碳排放1.58万吨以上,地源热泵将成为建筑能源的首选解决方案。”钱七虎说,2017年底,我国地源热泵装机容量达2万兆瓦(2000万千瓦),实现供暖 (制冷)面积5亿平方米,利用地热能折合1900多万吨煤。2015年起,地源热泵装机容量占世界第一,占全球比重2015年为23.61%,2020年将上升到50%。

  “CCUS技术将在我国稳步健康发展。”钱七虎介绍,从我国CCUS项目分布来看,截至2019年8月,国内共开展了9个纯捕集示范项目、12个地质利用与封存项目,其中包含10个全流程示范项目。除此之外,国内还开展了数十个化工、生物利用项目。

  “2019年我国捕集项目二氧化碳捕集量约170万吨。12个地质利用项目运行中,地质利用量约100万吨,化工利用量约25万吨,生物利用量约6万吨。”钱七虎院士说,例如中石化华东油气田CCUS苏北草舍泰州组低渗油藏先导项目实现年注入大于10万吨的驱油封存规模化应用,累计注入 40万吨,増油13万吨。

  我国CCUS各环节主要技术发展迅速,多种新技术类型不断涌现。钱七虎介绍说,从捕集环节来看,部分技术已达到或接近达到商业化应用阶段。从运输环节来看,二氧化碳陆路车载运输和内陆船舶运输技术已成熟;从利用环节来看,化工利用取得较大进展,整体处于中试阶段;从封存环节来看,中国已完成了全国二氧化碳理论封存潜力评估,陆上地质利用与封存技术的理论总容量为万亿吨以上。

  新华日报·交汇点记者 王拓

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责编:张红

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