地质碳汇是指在储层、咸水层、煤层等地下岩层中储存二氧化碳，或通过岩溶作用、矿物碳化、土壤等吸收二氧化碳。中国地质调查局碳中和首席科学家何庆成指出，这是实现碳中和目标极具潜力的一项举措。
“工业化虽极大地丰富了人类的物质文化生活，但也让化石能源中的碳得到了集中释放，进而形成了温室效应。”第53个世界地球日来临之际，中国地质调查局碳中和首席科学家何庆成表示，保护地球，实现碳中和，地质碳汇可发挥重要作用。
双碳目标实现面临挑战
何庆成说，相关研究表明，产生地球温室效应的主要原因是大气中二氧化碳等吸热性强的温室气体逐年增加。“大气中的二氧化碳等温室气体达到一定量后，就相当于给地球穿了件棉袄。地球只能从太阳中吸收热量，却无法向外排放热量，从而导致气候变暖。人类排放导致每年大气中净增二氧化碳约145亿吨。”
显然，要控制温室效应，就要控制碳的排放。《京都议定书》确定的温室气体共6种，即二氧化碳、甲烷、氧化亚氮、氢氟碳化物、全氟化碳、六氟化硫，其中二氧化碳占比62%、甲烷占30%。而这两者主要源自人类对煤炭、石油、天然气等化石能源的消耗。
“力争在2030年前二氧化碳排放达到峰值，2060年前实现碳中和”，这是中国是对世界作出的承诺。何庆成对双碳目标的具体指标进行了说明：2030年，中国人为向大气排放的二氧化碳达到110亿～130亿吨峰值，之后排放量逐年下降；到2060年，排放的二氧化碳等温室气体量等同于人为从大气消除的量。
何庆成表示，实现这一目标还面临以下几方面的挑战：
一是发展任务仍很艰巨。改革开放后，中国经济进入快速发展期，在成为世界第二大经济体的同时，碳排放量也快速增加。现在，要解决人民日益增长的美好生活需要和不平衡不充分的发展之间的矛盾，能源消费在相当长时间内仍将处于较高水平。
二是一定时间内我国能源消费仍将维持以化石能源为主的局面。有关统计资料显示，2020年，我国排放二氧化碳约100亿吨，主要来自化石能源，化石能源占我国能源消费总量近84%，其中煤炭消费占超过50%。今年3月，国家发展改革委、国家能源局发布的《“十四五”现代能源体系规划》指出，“十四五”是碳达峰的关键期、窗口期，并明确了加快能源结构绿色低碳转型的目标，即2025年非化石能源消费比重达到20%。这意味着化石能源仍将是今后相当长时间内我国能源消费的主力。
三是即使在能源消费以清洁能源为主以后，仍会排放大量二氧化碳。相关研究表明，当清洁能源在我国能源结构中的占比达到70%时，每年二氧化碳的排放量为59.4亿吨；即使占比提高到85%，每年的排放量仍有17.2亿～34亿吨。
地质作用可产生巨大碳汇效应
碳增汇和碳减排是目前国际上公认的实现碳达峰、碳中和的重要手段和有效途径。何庆成表示，地质作用可对大气中的二氧化碳产生巨大碳汇效应。
一是地质碳汇可以让碳重新返回岩石圈。化石能源是地球经亿万年碳自然富集的结果。而人类在化石能源消费时导致碳在短时间内大量集中释放，超出了生物和地质体的自然吸收能力。现在可利用地质技术让释放的碳再回到地质体中，以达到清除大量消费而产生的二氧化碳的目的。
二是地质碳汇潜力巨大。相关研究表明，全球碳循环共有四大碳库，即大气、陆地生态系统、海洋和岩石圈，库容量分别为7500亿吨、2.06万亿吨、38万亿吨、1×109亿吨，岩石圈的库容量是其他三大碳库总库容的2450倍。
三是可以让二氧化碳变成新的生产要素，让人类在化石能源的消费中实现“鱼与熊掌兼得”。如在低产油气田开采时加注二氧化碳，可提高油气产量；在开采砂岩型铀矿时，将二氧化碳、氧气和水配制成溶浸液，可用于砂岩型铀矿原地浸出开采新工艺。
何庆成说，地质碳汇主要可从3个方面进行，一是利用硅酸盐岩石吸收二氧化碳，在岩石碳酸化过程中实现对二氧化碳的封存；二是利用碳酸盐岩石吸收二氧化碳，在岩石溶蚀过程中封存二氧化碳；三是仿照油气埋存方式进行二氧化碳地质封存。
“第一种过程，其实就是让二氧化碳再变成石头。”何庆成说，在自然岩石中，硅酸盐与二氧化碳反应形成稳定的碳酸盐矿物，是调制大气二氧化碳浓度的主要机制之一。其中基性—超基性岩富含钙和镁元素，易与二氧化碳反应形成稳定的碳酸盐矿物（方解石、白云石和菱镁矿等），是重要的地质碳汇。冰岛和美国开展的基性—超基性岩与二氧化碳反应的实验项目结果表明，基性—超基性岩矿物碳酸盐化作用可封存万亿吨到千万亿吨的总碳，显示了巨大的碳封存能力。“我国含丰富的基性—超基性岩资源，有关研究显示，我国基性—超基性岩矿化碳汇总潜力达5.2万亿吨。”何庆成说。
碳酸盐岩风化吸收大气中的二氧化碳，被称为岩溶碳汇。在此过程中，大气圈中的二氧化碳被不断移出，以碳酸氢根离子的形式进入到水圈，从而起到碳汇的效果。我国岩溶面积占陆域国土面积的1/3，据初步估算，全国岩溶碳汇通量平均每年约为1.84亿吨二氧化碳，相当于中国森林碳汇通量的68%、灌草丛碳汇通量的2.7倍、草地碳汇通量的7.3倍。我国地质科技人员已研究提出人工造林种草、土壤改良、外源水灌溉以及水生植物培育等4项岩溶碳汇增汇技术。
地质封存则是将二氧化碳埋藏在适宜的地质结构中。这一方法用于深部煤层、油气田、咸水含水层时，还可提升煤层气、油气或微咸水的产量。有关研究显示，在油气田的驱油气增产时使用的二氧化碳，其中90%～95%将留在储层中。二氧化碳地质封存技术被认为是我国能源与工业领域达到最大减排量后，最终实现碳中和目标的“兜底”技术，预计2060年贡献量可达10亿～20亿吨/年。
打造碳中和地质路线图
何庆成表示，在努力实现双碳目标的过程中，地质工作在减碳、增汇、封存中可发挥重要作用。为此，自2020年后，中国地质调查局开展了大量工作，基本形成了具有中国特色的碳中和地质路线图，即在减碳环节，推进干热岩勘探与开发、天然气及其水合物攻关突破、地质储能潜力评价与先导性试验等工作；在增汇环节，开展全国岩溶碳汇、农耕区土壤碳汇、滨海湿地碳汇、基性—超基性岩矿化固碳等潜力评价与区划；在封存环节，实施陆域和海域二氧化碳地质封存潜力及区划、规模化高碳排放产业集群碳封存示范等项目。
“在总结前期工作经验、开展系统研究的基础上，目前，我们已经初步确定了地质调查支撑服务碳中和与碳管理的主要任务。”何庆成说。
一是开展碳中和地质资源调查、监测和评价。通过开展清洁能源及储能资源、地质碳汇资源以及碳封存资源的调查，稳步提升清洁能源占比。其中，清洁能源资源调查主要包括对地热能、海域天然气及其水合物、铀矿、页岩气、能源金属矿产、海洋能源等的调查；地质碳汇资源调查主要包括对岩溶碳汇、基性—超基性岩矿化碳汇、土壤碳汇、湿地碳汇、海洋碳汇等的调查；碳封存资源调查主要包括对咸水层、玄武岩、枯竭油气藏、致密沉积岩碳封存资源的调查。
二是开展国土空间碳中和区划。基于国土空间规划、用途管制和生态保护修复，围绕清洁低碳能源基地、重要生态功能区和固碳地下空间，开展国土空间碳中和区划。
三是开展碳中和地质科技能力建设。包括开展地球系统观下的碳循环研究，加强能源及矿产勘探开发、地质碳汇人工增汇、碳综合利用与封存、压缩气体地质储能等技术的研发。