海洋貯藏CO2的基本知識

1、引言海洋封存二氧化碳，是控制化石燃料燃燒導致氣候變化的有效手段。本報告闡明了二氧化碳海洋封存的基本原理，簡要敘述了有關二氧化碳海洋封存的科學領域，以及論述了二氧化碳海洋封存的環(huán)境影響。本報告也描述了在利用海洋封存限制大氣二氧化碳濃度上升前需要進一步開展的研究?？赏ㄟ^多種方式利用天然碳儲層降低人為二氧化碳排放對大氣的影響。在3個主要的天然碳儲層中，海洋碳儲層的儲量到目前為止是最大的。海洋碳儲層的儲量比陸地碳儲層高出數(shù)倍，而陸地碳儲層的儲量大于大氣碳儲層的儲量。然而，目前僅大氣碳儲層承受化石燃料燃燒排放的二氧化碳的全部負荷，這就引起人們關注氣候變化。目前，人們已開發(fā)了增強陸地碳匯的方法，例如增加造

2、林面積，而且，人們正在驗證利用天然（地下）儲層封存二氧化碳的方法。由于海洋碳封存的過程非常復雜，因此，增強海洋碳封存能力的方法的效率并不顯著。然而，利用海洋碳儲層儲存（或封存）碳的潛力是巨大的。當不考慮是否采取額外的人為干涉活動時，海洋確實是大氣層中二氧化碳的主要吸收匯。利用海洋碳儲層封存二氧化碳的方法至少有兩種：1）從大規(guī)模工業(yè)點源捕集二氧化碳并把二氧化碳直接注入深海；* Ocean storage of co2. IEA Greenhouse Gas R&D Programme, 2002 ,2nd edition (revised) March 2002. ISBN 1 8983

3、73 30 22）通過添加營養(yǎng)素使海洋肥化來增強大氣二氧化碳的提取。盡管上述兩種方法的原理存在較大差異，但是，利用這兩種方法均能提高海洋儲層封存碳的速率，從而減少大氣儲層所承受的負荷。由于上述兩種方法仍存在不足之處，因此，利用該兩種方法仍不能徹底解決減少大氣儲層負荷的問題。如果二氧化碳排放量與氣候變化之間的關系得到證實，則應在較長時期內減少二氧化碳的排放量。然而，當減少二氧化碳的排放量時，利用該兩種方法的確能夠提供爭取時間的途徑。上述兩種方法在有關海洋肥化方面仍存在極大的不確定性。把二氧化碳注入深海的相關科學研究雖然仍需進一步完善，但卻易于理解。為此，本報告重點在于論述海洋封存二氧化碳的第一種

4、方法（簡要描述海洋肥化，見附錄）。自從1995年以來，國際能源署溫室氣體研究與開發(fā)項目組已組建了多個國際專家小組。這些專家組研究了有關深海二氧化碳注入的知識。專家組的主要目標，是確定需要開展的研究領域，以及確保充分利用有效信息來推測海洋肥化的利益和影響。最終，專家組重點研究4個主題：1） 海洋環(huán)流；2）環(huán)境影響；3）國際合作與關注項目；3）實踐與試驗方法。本報告提供的信息多數(shù)來自于這些專家組及其提交的論文。該簡短提要的目的，是為廣大讀者提供更有效的信息，旨在促進有關海洋封存二氧化碳的討論?？蓮膰H能源署溫室氣體研究與開發(fā)項目組獲得專題研究小組的完整報告。圖 1 全球碳循環(huán)：儲層（碳，吉噸）與通

5、量（碳，吉噸/年）天然碳的海洋封存在前工業(yè)時期，在燃燒的化石燃料向大氣大量排放二氧化碳之前，全球碳儲層基本上保持平衡。盡管在大氣和海洋、大氣和陸地之間大量交換了碳通量，但從一種儲層向另一種儲層沒有任何純粹的得失。自從工業(yè)革命以來，化石燃料已成為全世界的主要能源。隨著化石燃料的大量利用，大氣中二氧化碳的排放量持續(xù)增加（目前每年向大氣排放的二氧化碳為23吉噸（Gt），相當于6吉噸碳）。如今的碳儲層不再保持平衡。大氣中二氧化碳的濃度，已從前工業(yè)時期的280ppm增至目前的370ppm。導致碳儲層不平衡的原因，是深海區(qū)碳同化速率相對緩慢。利用高質量的測量方法并結合數(shù)學模型繪制全球碳循環(huán)總圖。全球碳循環(huán)

6、總圖圖解了目前碳循環(huán)現(xiàn)狀與大規(guī)模使用化石燃料前碳循環(huán)狀況之間的差異。圖1舉例說明了該兩種狀況，同時也表明了相當于陸地和大氣儲層總量之和的大容量海洋碳儲層。政府間氣候變化專門委員會（IPCC）作出預測，在正常情況下，大氣中二氧化碳的濃度將在今后100年內增至原來的兩倍。據(jù)估計，再生化石燃料資源含有4000吉噸碳，相當于大氣儲層中750吉噸碳。所以，大氣中二氧化碳的濃度很有可能增加數(shù)倍。經(jīng)推斷，大氣中二氧化碳濃度的增加將對全球氣候產生重大影響。圖 2 海洋溫鹽環(huán)流輸送帶然而，地球上的海洋正在逐漸緩解這種狀況。根據(jù)有關化石燃料消耗的數(shù)據(jù)，可準確地計算出大氣中二氧化碳的排放量。自從1958年以來，在夏

7、威夷Mauna Loa地區(qū)和波蘭南部地區(qū)的監(jiān)測站，精確地測量了大氣中二氧化碳濃度的增加，此后，也在許多其他監(jiān)測站測量了大氣中二氧化碳的濃度。這些監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，每年大氣中積聚的二氧化碳總計為12吉噸（相當于3.2吉噸碳），而化石燃料燃燒排放的二氧化碳總量幾乎為該數(shù)字的兩倍。如表1所示，目前通過海洋封存每年已成功地從大氣中去除了約2吉噸碳（相當于6吉噸二氧化碳）（盡管這些數(shù)字具有一定的不確定性）。如果沒有海洋和陸地碳吸收匯的補償，大氣中二氧化碳的濃度將比現(xiàn)有濃度增加約100ppm。海洋如何吸收大氣中的二氧化碳 在海-氣界面二氧化碳的遷移速度是迅速的，尤其當強風引起混合層中攜有碎浪和空氣氣泡時。二氧

8、化碳在海水中的溶解度大于淡水，海水較高的pH值（約等于8）將導致以下平衡等式從左邊向右邊反應：CO2 + H2OH2CO3（碳酸）H2CO3H_+ + HCO3-（重碳酸鹽離子）HCO3-H_+ + CO32- (碳酸鹽離子) 在海水中，僅1%的二氧化碳以二氧化碳分子的形式殘留，超過90%的二氧化碳為重碳酸鹽離子形式。這些離子和碳酸、碳酸鹽離子一起統(tǒng)稱為溶解無機碳（DIC）。圖 3 常用于研究海洋二氧化碳封存的盒模型；圖中2個截然不同的盒子分別代表不同的海洋水域表 1 全球碳儲層的年凈變化碳，吉噸/年化石燃料和水泥生產排放的二氧化碳6.3 ± 0.4陸地凈吸收1.4 ± 0

9、.7海洋凈吸收1.7 ± 0.5大氣凈吸收3.2 ± 0.1全球海洋較溫暖的表層海水與二氧化碳飽和，而低溫深層海水是不飽和的，且具有巨大的未充分利用的二氧化碳溶解能力。例如，雖然二氧化碳在深層海水中的溶解度是表層海水的2倍，但深層海水中溶解無機碳的濃度僅比表層海水中溶解無機碳的濃度高12%。這表明了深層海水真實的碳封存能力。而且，即使深層海水儲存所有已知儲量的化石燃料中的碳（4000吉噸碳），海洋較高的溶解無機碳含量也變化不大。這可與把等量的碳導入大氣碳儲層時溶解無機碳含量的變化相對照（見以上內容）。遺憾的是，從去除大氣中二氧化碳的觀點來看，在大多數(shù)海域，碳從表層海水向深層

10、海水的遷移是一個漫長的過程。把大氣中的二氧化碳泵送至深層海水存在兩種機理：第一種，溶解泵二氧化碳更易溶解于高緯度海區(qū)的低溫、高密度海水，這些高密度海水將下沉至海底。這就導致海水出現(xiàn)“溫鹽環(huán)流”現(xiàn)象，為此，在北大西洋的低溫深層海水（含有二氧化碳）向南流經(jīng)南極洲，最終在印度洋和赤道太平洋上翻，變成表層海水。在那里，二氧化碳再次釋放到大氣中。同樣，南極深層水在上涌至表面之前在南極洲周圍循環(huán)。從高緯度海區(qū)的高密度海水下沉到重現(xiàn)于熱帶地區(qū)之間的時間間隔估計為1000年。第二種，生物泵海洋中的植物（主要為浮游植物）吸收表層海水中溶解的二氧化碳，通過光合作用維持生命。浮游植物的生長和繁殖速度常取決于營養(yǎng)素的

11、利用率。浮游植物的尺寸僅為1-5毫米，海洋浮游動物通常能快速吃掉這些浮游植物，而這些浮游動物也將依次被較大的海洋動物捕食，如魚類。表層海水中超過70%的這種有機物質可以再循環(huán)，但深層海水的平衡主要通過微粒有機物質的沉淀完成。所以，這種生物泵把二氧化碳從表層海水向深層海水運送，并有效地把二氧化碳封存于局部深層海水區(qū)域。大多數(shù)這種有機物質都通過細菌再礦化而釋放出二氧化碳，最終，這些二氧化碳將返回至表層海水。把二氧化碳封存于深層海水到二氧化碳再次出現(xiàn)于表層海水所需的時間為1000年。圖 4 把二氧化碳封存于深度在900米1500米的兩個位置達100年后，預測的二氧化碳返回至大氣的時間上述兩種泵已成功

12、地抑制了大氣中二氧化碳濃度的增加。海洋碳循環(huán)的數(shù)學模型表明，如果沒有上述任何一種泵的作用，大氣中二氧化碳的濃度將比現(xiàn)有濃度增加兩倍。促進緩慢的自然過程二氧化碳從深層海水返回至表層海水的過程是漫長的。為此，二氧化碳在海洋中的滯留時間可達1000年。這種漫長的殘留時間促進了減緩大氣中二氧化碳濃度上升方法的開發(fā)。為什么不避開把大氣中二氧化碳轉移至深層海水的緩慢的自然過程，而把二氧化碳直接注入深層海水呢？這種想法并不是新穎的， Marchetti曾在1977年就首次提出了這種想法。Marchetti建議把二氧化碳直接注入地中海的高密度海水，當這些高密度海水流經(jīng)直布羅陀海峽并溢出后，可把二氧化碳轉移至大

13、西洋深層海水。人們最初常利用簡化盒模型論證上述方法的基本原理，這些盒模型的模擬結果表明（見圖3），當大氣和海洋碳匯再次達到平衡時，盡管最終模擬結果是相同的，即二氧化碳在海洋中的滯留時間為1000年左右，海洋卻能夠把二氧化碳封存足夠長的時間，這有助于減緩化石燃料使用引起的大氣二氧化碳濃度的上升速度。圖 5 二氧化碳捕集裝置海洋范圍內的碳循環(huán)是一個復雜過程。盡管在過去10年間，世界大洋環(huán)流實驗（WOCE）已開始了海洋度量計劃，我們仍需要通過在全球海洋發(fā)生的物理、化學和生物過程的數(shù)學模型，來獲得有關海洋自然碳循環(huán)的更詳細資料。德國漢堡的Max-Planck研究所重新配置了這種全球模型，來模擬海洋不同

14、位置的深層海水二氧化碳點源在1000多年內的命運。該模型為三維模型，其模擬結果表明，二氧化碳返回至表層海水所需的時間完全取決于封存位置；在某些位置，部分二氧化碳將在100年內返回至海洋表面，而其他二氧化碳將與大氣隔離達數(shù)百年（見圖4）。把二氧化碳直接注入海洋是可行的方案嗎？可采用成熟技術把二氧化碳直接注入深海，盡管在實踐中從未嘗試把二氧化碳注入深海。這種方法可應用于單一的大規(guī)模二氧化碳源，例如典型的每年可生產約15兆噸二氧化碳（2GWe）的火力發(fā)電站。二氧化碳的去除目前，去除發(fā)電站排放氣體中二氧化碳的技術已得到驗證，這種技術主要利用胺溶劑洗滌排放氣體。經(jīng)證實，利用這種二氧化碳隔離裝置能去除98

15、%的二氧化碳。最終，把壓縮的二氧化碳高壓氣流運輸至封存地點。把二氧化碳運輸至注入點運送至注入點的二氧化碳的最適當形式為液體或密相氣體（在72.8巴和31下把二氧化碳氣體壓縮至大于其臨界點，獲得濃相氣體）。根據(jù)石油工程師和海洋建筑師在IEA溫室氣體研究與開發(fā)項目的海洋封存研究組的發(fā)言，二氧化碳運輸不會帶來任何新的設計問題?？赏ㄟ^海底管道或油輪運輸二氧化碳。圖 6 鋪設石油管道石油和天然氣工業(yè)已利用非常先進的管道技術建造了深海垂直提升器，并在海底1600的深度鋪設管道來運輸石油和天然氣。而且，開展的有關阿曼至印度的管道（深度達3000米）的計劃研究表明，利用管道運輸二氧化碳在技術上是可行的。在美國

16、，利用陸上管道運輸二氧化碳已有多年的歷史，管道長度達800多千米；利用管道運輸?shù)亩趸汲Ｓ糜谔岣呤筒墒章?，也可利用非常類似的原理捕集二氧化碳。利用直?米的管道每天可運輸70000噸二氧化碳，足以運輸3吉瓦的火力發(fā)電廠排放的二氧化碳。二氧化碳的另一種運輸方案是，利用油輪把二氧化碳運輸至注入平臺。二氧化碳油輪的結構幾乎等同于目前常用于運輸液化石油（LPG）的船舶。低壓冷凍常用于減小壓力需求，其設計的工作條件約-55，壓力為6巴（bars）。二氧化碳在中等深度區(qū)域的擴散 為了把海洋表層水體的環(huán)境影響降至最低，至少應把二氧化碳注入海底1500米的深度。模型研究結果表明，通過仔細選擇注入位置，把二

17、氧化碳注入1500米的深度，其封存時間可達數(shù)百年。這一深度處于目前海底管道技術的能力范圍之內。為了查明擴散器顯露的二氧化碳液滴的上升羽流的分布，開展了多項模擬研究。這些模擬結果表明，通過適當?shù)卦O計擴散器，所有二氧化碳都將溶解于注射器以上100米范圍內的海水。此后，這些含有二氧化碳的海水由于水平擴散而被水流沖淡。 使含有二氧化碳的海水更快速擴散的方法包括，通過在移動船舶上裝配的注入管注入二氧化碳。利用固定的擴散器可獲得類似的二氧化碳封存時間，而其最大優(yōu)點是，能把對海洋生物的影響降至最低。圖 7 現(xiàn)代液化石油（LPG）運輸工具；可通過類似于液化石油運輸?shù)姆绞竭\輸二氧化碳把二氧化碳注入海底3000米

18、以下液態(tài)二氧化碳的密度大于海底3000米以下海水的密度。為此，可以利用另一種方法分散注入的二氧化碳，從而在海床海溝或凹地中形成液態(tài)二氧化碳的海底儲層，最終，限制液態(tài)二氧化碳對小面積海床的影響。二氧化碳水合物可形成類冰的二氧化碳與水的混合物，這些混合物能明顯降低上覆海水中二氧化碳的溶解速度。最終，由于二氧化碳的注入深度較大，二氧化碳在海水中的滯留時間甚至大于上述實例中的滯留時間。在平臺上裝配的垂直注入管必須達到二氧化碳的注入深度。由于僅注入管頂部支撐其全部重量，所以，注入管頂部的軸向強度必須能承受其本身的全部重量和平臺的垂直運動載荷。據(jù)估計，對于直徑達1米的注入管，其最大深度有望達到海底5000

19、米。固態(tài)二氧化碳的使用一種簡單實用但邏輯上更困難、更昂貴的方法是，制造固態(tài)二氧化碳。固態(tài)二氧化碳的密度為1.5噸/立方米，這些固態(tài)二氧化碳能快速沉入海底。如果把固態(tài)二氧化碳成塊拋入海底，這些固態(tài)二氧化碳能夠直接進入海底沉積層。日本通過實際測試完成的熱傳遞計算結果表明，50%的4米見方的固態(tài)二氧化碳塊體在自由下落至海底3000米深度時，仍能保持結構完整。海洋封存二氧化碳是昂貴的封存方案嗎？二氧化碳的捕集成本有關發(fā)電站煙道氣體二氧化碳捕集成本的研究表明，利用目前的捕集技術將把發(fā)電成本增加約50%。發(fā)電成本增加的主要原因是，利用化學溶劑（以及再利用）捕集二氧化碳將消耗大量能量。通過壓縮可避免二氧化碳

20、的排放，例如，防止二氧化碳釋放進入大氣。據(jù)估計，二氧化碳的捕集成本為每噸30-50美元（碳捕集為每噸110-180美元）,這主要取決于發(fā)電廠和燃料的種類。但利用更先進的發(fā)電和二氧化碳捕集技術能降低捕集成本。圖 8 海洋封存基本原理；該圖舉例說明了擴散二氧化碳和把液態(tài)二氧化碳注入預定深度的方法運輸成本可從多個方面評估把液態(tài)二氧化碳運送至深海封存點的成本，包括利用管道和油輪運輸。近來在北海和地中海海底鋪設的直徑約0.5米的管道的成本約160萬美元/千米。如果利用這種管道運輸二氧化碳，其運輸能力為18000噸/天。利用這種管道把二氧化碳運輸500千米的成本約為每噸12美元（碳為每噸45美元），資本成

21、本為10%。增大運輸管道的直徑可獲得更大的運輸能力。利用直徑1米的管道運輸二氧化碳的能力，約為直徑0.5米管道運輸能力的4倍，但其運輸成本比直徑0.5米管道的運輸成本少4倍。同樣確定了利用油輪把二氧化碳運輸至平臺的成本。在平臺利用垂直注入管把液態(tài)二氧化碳注入深海。表2提供了利用油輪運輸二氧化碳的實例。到目前為止，世界上最大的LPG油輪運輸二氧化碳的能力為22000立方米，其造價為5000萬美元。對于總裝機容量650兆瓦的火力發(fā)電站而言，其產生的二氧化碳需要用兩艘這種油輪運輸。表2列舉了這種油輪的主要性能。因此，利用這種油輪運輸二氧化碳的成本約為每噸2美元（碳為每噸7美元），該成本低于管道運輸?shù)?/p>

22、成本。但是，把二氧化碳運送至平臺后還需花費其他額外費用，包括港口二氧化碳儲罐成本、平臺建造成本、垂直注入管及其運行成本。為此，利用油輪運輸二氧化碳的總成本基本上與那些傳統(tǒng)的海底管道的運輸造成本類似。通過移動油輪上的垂直注入管把二氧化碳注入深海的成本大致與固定垂直注入管的成本相等，但生產固態(tài)二氧化碳塊體或拋射體的成本也許是極高的。目前，有關這些注入方案成本的有效資料很少。圖 9 其他運輸液態(tài)氣體的方法LNG運輸設備表 2 用于運輸液態(tài)二氧化碳的油輪的特性油輪容量22000立方米設計溫度-55設計壓力6巴卸料站間隔500千米油輪時速25千米/小時承載時間10小時排放時間10小時油輪往返時間3天二氧

23、化碳平均封存速度7300噸/天海相環(huán)境影響利用海洋儲存廢棄物的前景一直是人們所關注的。當前，禁止向海洋傾倒有害物質，如核廢物。但由于海洋本身已儲存了大量的二氧化碳，因此，利用海洋封存更多的二氧化碳前景廣闊。實際上，之所以建議把二氧化碳封存于海洋，其目的僅僅是為了加速目前表層海水中的二氧化碳向深層海水遷移的緩慢自然過程。加速自然過程有助于保護我們賴以生存的大氣和陸地環(huán)境。不過，充分認識二氧化碳封存對海洋的影響是很重要的。海水pH值變化眾所周知，二氧化碳在海水中溶解可產生重碳酸鹽和碳酸鹽離子，最終降低海水的pH值。海洋動物通常不能容忍它們賴以生存的海水的pH值發(fā)生變化，這也是人們公認的。然而，把二

24、氧化碳封存于海洋對海水pH值的影響有多大？對海洋生態(tài)環(huán)境又有那些影響呢？圖 10 二氧化碳液滴羽流隨著大氣中二氧化碳濃度的不斷增加，海洋表層海水中溶解無機碳（DIC）的濃度已高于前工業(yè)時期。據(jù)統(tǒng)計，由于大氣中二氧化碳的濃度自前工業(yè)時期以來不斷增加，海洋表層海水的pH值約下降了0.1個pH值單位。北大西洋的春回大地和北太平洋深層海水（富集二氧化碳）的冬季上涌，也能夠把表層海水的pH值降低0.1個單位，但在其他海域，表層海水的pH值大多隨季節(jié)變化。實際上，在透光層（海洋頂層100-200米，光線足以能維持光合作用） 以下的海水pH值的季節(jié)變化通常非常小。統(tǒng)計結果也表明，大氣中二氧化碳的濃度（15p

25、pm/十進制）如果以現(xiàn)有速率增長，將引起表層海水的pH值下降0.015個單位/十進制。這本身就能對海洋富饒的表層海水的未來生態(tài)環(huán)境產生重大影響。二氧化碳注入點周圍海水的pH值變化最近開展的近場模擬研究確定了液態(tài)二氧化碳注入點附近海水pH值的變化。該研究預測了在以500兆瓦火力發(fā)電廠（二氧化碳的產量為130千克/秒）二氧化碳的生產速率相等的速率持續(xù)注入二氧化碳時，注入點周圍海水pH值的穩(wěn)態(tài)變化 。該模擬研究假定的最簡單情況是通過單獨擴散器注入所有液態(tài)二氧化碳，最終形成二氧化碳液滴羽流。如圖10所示，當二氧化碳溶解后液滴羽流上升，飽和的二氧化碳溶液橫向擴散進入周圍（成層）海水。模擬結果詳見圖11。

26、模擬研究結果表明，注入點數(shù)千米范圍內海水的pH值由原來的7.8降低約1個單位，這對海洋生物造成了一定影響。然而，研究結果也表明，通過利用一定的方法可大大降低近場環(huán)境受到的影響。例如通過二氧化碳在海水中大范圍擴散，最終降低所有海洋注入點的二氧化碳負荷。對應的工程設計應包括，增加把二氧化碳注入深海的單個排放點的數(shù)量。經(jīng)檢驗的其他技術包括，通過固定在移動油輪上的垂直注入管注入液態(tài)二氧化碳。這種技術和通過水柱把固態(tài)二氧化碳塊體投入海洋的方法，均為擴散二氧化碳和降低海水pH值變化的有效手段。所以，這兩種方法對海相環(huán)境的影響是最低的。圖 11 二氧化碳羽流引起海水pH值下降在5001000米深海中浮游生物

27、的數(shù)量（如浮游或游動生物）最多。在該深度以下區(qū)域，浮游生物的數(shù)量隨深度按指數(shù)規(guī)律減少，雖然在海底或附近區(qū)域也生存著大量的生物群體（底棲生物）。通過在更大深度的海底形成液態(tài)二氧化碳或水合物儲層，把對海相生物的影響限制于海底小面積范圍內的底棲生物。然而，該小面積范圍內的生物受到的影響是嚴重的。二氧化碳注入點的影響范圍盡管我們確信，有可能把二氧化碳注入對海水pH值的影響降至最低。但是，海水pH值即使發(fā)生非常小的變化，也能夠對海洋動物產生亞致死效應。如果海水pH值在一定時期內發(fā)生變化，將對整個海洋生態(tài)環(huán)境產生影響，例如，降低浮游生物的繁殖和生長速度。人們對這些浮游生物的縱向或者日、季節(jié)性遷移尤為關注，

28、因為pH值較低的水域能對這種進程產生生理屏障。經(jīng)證實，新陳代謝速度高的浮游生物（例如烏賊）對海水pH值變化的承受能力，遠低于低活動性物種，例如在海相沉積層中生存的蠕蟲動物。需要更多信息為了充分認識海水pH值變化造成的所有可能影響，需要更多的基礎數(shù)據(jù)和觀測數(shù)據(jù)。利用一種能把海水pH值變化對浮游生物的影響降至最低的預防方法，可限制二氧化碳向深度大于1500米的海域擴散。海洋封存二氧化碳能否獲得許可把二氧化碳封存于海洋受多項法律和政策限制。許多國家同意簽署1972倫敦公約，該公約禁止向海洋傾倒工業(yè)廢物。1972倫敦公約1996議定書禁止通過船舶或平臺向海洋傾倒除許可的物質之外的所有廢物。根據(jù)聯(lián)合國海

29、洋法公約的規(guī)定，沿海國家有責任控制和管理他們專屬經(jīng)濟海域內管道的排泄物。此外，沿海國家應嚴格應用預先防范原則， 以防止對環(huán)境造成潛在危害，直到完全確定環(huán)境影響范圍為止。這將在很大程度上限制海洋二氧化碳的封存，尤其是因為海洋生態(tài)的復雜性（特別是生物多樣性等方面）和海洋生物的日、季節(jié)遷移模式。然而，預先防范原則同樣也適用于預測大氣二氧化碳濃度增加的不利影響。充分認識在不同環(huán)境領域下的相對影響并最終找到最佳的緩解方案，將需要更多有關不同緩解方案及其相關領域的優(yōu)質信息。二氧化碳是天然存在的產物。由于海洋碳儲層的規(guī)模非常大，因此，二氧化碳對海洋環(huán)境的整體影響非常小。此外，認識到目前向大氣排放的二氧化碳已

30、通過海-氣界面交換間接進入表層海水，尤為重要。海-氣界面交換這種逐漸平衡過程本身就存在風險，因為表層海水比深層海水能夠孕育更多的海洋生物。鑒于此和其他原因，人類更加依賴于良好的海洋生態(tài)系統(tǒng)。此外，把二氧化碳直接注入深海不會產生新的自然進程，僅會加速現(xiàn)有緩慢的自然進程，所以，把二氧化碳注入深海可緩解氣候變化涉及的一些風險。所以，有關把額外的二氧化碳注入深海的爭論異常激烈，但為了使采用控制大氣二氧化碳濃度上升的有效方法的理念贏得認可，需要獲得更詳細的信息。尤其應提出有關海洋封存優(yōu)勢的令人心悅誠服的證據(jù)。這將需要進一步開展研究來獲得所需信息，并最終對緩解方法的安全性和可行性進行實踐論證。在表述和評價

31、這種研究計劃時考慮廣泛感興趣團體的意見，以及公開討論該項工作的成果，將是非常重要的。優(yōu)先開展的研究鑒于海洋對全球氣候變化具有調節(jié)作用，應充分認識海洋調節(jié)全球氣候的各種方式。大多數(shù)海域為國際共管海域，由于開展海洋調查的成本很高，為此，國際上有很多聯(lián)合開展海洋研究的實例。在開展海洋研究的過程中應考慮海洋二氧化碳封存的概念，充分利用現(xiàn)有研究計劃并力求結合國際框架中所有近來的研究成果非常重要。國際地圈生物圈計劃（IGBP）和世界氣候研究計劃（WCRP）均包含專題項目，這些專題項目旨在闡明海洋在大氣二氧化碳濃度調節(jié)方面所起的作用。這些研究計劃與通過海洋封存額外二氧化碳的想法之間存在實質性關系。此外，應結

32、合所有有關二氧化碳封存對海洋生態(tài)影響的研究的成果。目前這種結合是相對少的，需要優(yōu)先開展這一領域的研究。本報告明顯表明，在執(zhí)行任何增加海洋二氧化碳封存量的計劃之前，許多問題仍有待解決。國際能源署溫室氣體研究與開發(fā)項目組建的專家組的主要目標之一，是確定那些需要優(yōu)先開展的研究領域。在這些專家組的報告中可找到開展這些研究所需的完整描述，但基本上確定了3個需要優(yōu)先開展的主要研究領域： 全球和區(qū)域海洋模型的開發(fā)和對比：確定海洋封存的有效性和利益；鑒別最佳的封存場地；確定封存能力。 設計和評價對環(huán)境影響最小的工程解決方案，并對比這種方案與其他二氧化碳封存方案的成本； 充分認識增強海洋二氧化碳封存能力的生物效

33、應。 目前，在上述所有優(yōu)選地區(qū)正在開展這些研究。海洋模型海洋模擬是在適當時間尺度（例如數(shù)世紀）上評價增強海洋二氧化碳封存能力的唯一有效手段。雖然目前全球已開展了有關海洋環(huán)流模型開發(fā)和驗證的關鍵計劃，但仍需使開展海洋模擬的研究者相信，詳細檢驗增強封存能力的理念是有必要的。為了實現(xiàn)這一目標，國際能源署溫室氣體研究與開發(fā)項目正在為歐盟研究計劃（GOSAC）提供額外資金，用于檢驗深海中二氧化碳點源的擴散。GOSAC是一項模型相互比較計劃，包括對比多個三維（3-D）全球海洋模型。通過完成這些附加工作，可增加我們模擬預測深海二氧化碳封存效率的置信度，并能獲得多個位置的模擬結果。最后，需要開展區(qū)域和流域尺度

34、模擬計劃，同時，需要繼續(xù)為能提供有效模擬數(shù)據(jù)的海洋測量計劃提供資金支持。實踐試驗通過模型模擬評價了當含有二氧化碳羽流的海水擴散時海水發(fā)生的化學變化。即使準確預測了環(huán)境影響和評估了不同方法的相對優(yōu)勢，也必須對這些近場模型進行驗證。這將需要在實驗室和海洋開展主要的試驗研究計劃。目前，正在開展的國際協(xié)助試驗計劃，將提供有關深海中二氧化碳小面積釋放的多種物理參數(shù)的近場測量值。如封面內側插圖所示，深海中的二氧化碳已完成了小規(guī)模釋放。生物數(shù)據(jù) 充分認識增強海洋二氧化碳封存能力對海洋生態(tài)的影響，或許面臨最大的挑戰(zhàn)。在制定任何海洋封存計劃之前，都需要開展環(huán)境影響評價。這就迫使需要開展各種層次的研究工作來改善知

35、識庫。研究工作的范圍包括，從開展有關海洋動物對海水二氧化碳濃度上升的生理響應的基礎實驗室工作，到開展有關海洋群落結構受到影響的野外試驗。在開展研究時必須考慮浮游物種和底棲物種。在上述領域正在開展一些研究工作，但仍需要開展一些合理和相應的計劃。最終，有可能需要在涉及的環(huán)境中開展主要野外試驗，例如海灣。研究價值 專家組確定，在一些關鍵領域仍缺乏基礎數(shù)據(jù)。開展類似于上述的研究工作將有助于補充基礎數(shù)據(jù)。利用這些研究得出的數(shù)據(jù)，可客觀評價海洋封存的可行性、利益和風險，從而把海洋封存與其他防止大氣二氧化碳濃度上升的方案相比較。結論與陸地和大氣碳儲層相比，海洋碳儲層在封存大氣中二氧化碳方面具有巨大的潛力，且

36、海洋碳儲層尚未得到充分利用。全球海洋以約2吉噸碳/年的速率自然吸收大氣中的二氧化碳。即使所有已知碳儲量的化石燃料燃燒，僅能把海洋的溶解無機碳含量增加10%。全球海洋模擬研究預測，在選擇的注入點把二氧化碳注入海洋中深度大于1000米的位置，能把二氧化碳和大氣隔離1000年。這有助于減緩化石燃料持續(xù)利用導致的大氣二氧化碳濃度達到預期峰值。從點源捕集二氧化碳在商業(yè)上已得到驗證，例如化石燃料發(fā)電廠排出的氣體。在陸地已通過管道密相輸送二氧化碳。在海底已建造了直徑0.5米的管道，用于在海底1600米的深度輸送氣體和液體。目前，人們已開展了在海底3000米深度建造管道的計劃研究，可以以類似的方式建造用于運輸二氧化碳的管道。設計和建造油輪，并以類似于液化石油氣