资源化二氧化碳地质储存的理念

CO2并不只是一种温室气体，同时还是非常重要的工业原料和基本碳资源。在自然界中，通过绿色植物的光合作用固定CO2是合成有机物质的起始点，也是迄今为止净化CO2的主要途径。当前矛盾的基本点是人类对化石燃料的过度依赖而导致CO2的排放速度超过了其自然净化能力(黄黎明等，2006)。

气态、液态和固态等各种形式的CO2在工业和国民经济各部门中具有广泛的用途。CO2气体在工农业生产中被广泛用作气体肥料、杀菌气、果蔬保鲜剂、发泡剂和惰性气体介质等。超临界CO2作为一种清洁溶剂可在食品、医药、环保等行业上用于分离、提纯、监测分析等，还可用于提高原油采收率法(EOR)助采石油。固体CO2，即干冰，在人工降雨、混凝土生产、环境保护等方面应用很广。同时，CO2逐渐成为在化工合成中的重要原料，随着“原子经济”的概念逐渐深入人心和相关研究的不断深入，CO2越来越多地被作为有机合成的碳源，例如，由CO2可以直接合成碳酸二甲酯，而碳酸二甲酯是国际公认的绿色有机溶剂和重要的有机合成中间体。

CO2的物理应用是指利用它的物理性能，如在啤酒、碳酸饮料中的应用;作为惰性气体用于气体保护焊;作为汽车空调制冷剂、空调保鲜剂;作为干冰及研磨清洗;作为灭火器、喷枪等的压力剂;作为固化硬化剂;利用液体、固体CO2的冷量用于食品蔬果的冷藏、贮运;果蔬的自然降氧、气调保鲜剂，以及超临界CO2萃取等行业中。

CO2的化学应用主要是利用CO2分子的化学特性，通过化学、光学、电学、生化等转化途径，生产含碳化学品，主要表现在无机和有机精细化学品、高分子材料等的研究应用上，在实现CO2固定的同时实现了资源化利用。

由于CO2是碳的最高氧化态，分子结构十分稳定，其标准吉布斯自由能很低。因此，要使其分子活化，需要输入大量能量。目前，CO2的化学利用主要有三种途径:

1)利用CO2与碱性或碱土氧化物反应生成碳酸钙、碳酸镁等稳定的化合物，实现CO2的大规模固定，即所谓的CO2的矿物固化;

2)生产碳酸钠、碳酸钙、碳酸钾、碳酸氢钾等无机碳酸盐化工品;

3)以CO2作为碳氧资源，通过重整、加氢、酯化等反应途径，生成合成气、低碳醇、碳酸酯、有机胺等有机化学品，实现CO2的化学转化与高附加值利用。从目前的技术水平看，CO2的化学利用可以从一定程度上对地质储存、海洋储存等方法形成有效的补充。

据2009年报道，美国是世界上CO2最大的生产国和消费国，共有90余套生产装置，其生产能力为745×104t/a，主要来源于合成氨厂、制氢厂、石化厂、乙醇厂、天然气加工厂副产品CO2的回收。美国最近几年的CO2消费量约450×104t/a，其中近一半用于食品的冷却、冷藏、研磨和惰化，其次是用于饮料碳酸化，油井、气井操作，碳酸盐、重碳酸盐、青霉素的生产及冷却，灭火剂、气雾剂，焊接、冷收缩装配等方面(肖钢等，2009)。

发达国家的CO2广泛应用于各个领域，而发展中国家的CO2大多用在碳酸饮料行业。但即使是CO2消费量最高的美国，其CO2年消费量与其大于50×108t的排放量相比，仅占1%左右。目前，CO2消费市场呈现快速得增长趋势，而原料相对紧缺，回收由人类活动产生的CO2并进一步拓展其利用领域，不仅可以达到减排CO2的目的，还能通过副产CO2降低减排成本。有理由相信，在不远的将来，削减CO2排放不仅有利于环境保护，还会带来显著的经济效益。

对CO2回收和利用技术的研究与开发大致经历了3个阶段(黄黎明等，2006)。

1)20世纪80年代前，可视为CO2的一般性应用技术研发阶段。其特点是主要集中在物理应用方面，化学转化及应用的量很少，且仅局限于尿素、纯碱和碳酸盐等少数工业领域。

2)20世纪80年代以后，可视为以解决全球温室效应为核心的技术开发阶段。随着温室效应对全球环境的影响日益严重，CO2的捕获与储存技术和提高能源利用效率技术的开发受到了普遍重视。虽然在利用方面仍以物理应用为主，但在应用途径上则大力开拓如超临界态CO2、提高油气回收率(三次采油)等全新的应用技术。尤其是CO2应用于驱油的新技术业已受到油气生产企业的充分重视，由于每增产1t原油，CO2的消耗量高达2.2～6.7t，而成为目前能大规模利用CO2的主力。

本阶段的另一个特点是将CO2作为原料利用的碳化工技术开发取得了令人瞩目的进展，如CO2加氢制甲醇的工艺现已具备了工业化条件。

3)尽管目前CO2的回收和利用取得了一定的成就，但相对其排放总量而言，是微不足道的。因此，21世纪的战略目标是将CO2作为新碳源来对待，即通过化学、光学、电学、生物化学等全新的技术将CO2转化为种种有用物质，或者固定在其他物质上形成新的有用物质或材料。当前各发达国家均已为实现此战略目标制定了长期规划，并加强开发力度。

基于上述，本书使用的“二氧化碳地质储存”一词，意在不将CO2作为“废物”加以“封存”或“埋存”，而是视为一种资源“储存”于地下，以利于资源化CO2地质储存研究。

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