法国地质调查总局在地质碳封存方面有哪些工作

法国地质调查总局（BRGM）成立于1959年，是专门从事地球科学研究和开发的公共机构。主要任务是：为国家对自然资源、环境和土地利用进行可持续管理而进行的地球科学研究、开发和咨询，为国家制定和执行公共政策服务，进行研究和开发项目以促进地球科学的发展和工业界的技术开发。中国地质调查局地学文献中心主办的《国外地质调查管理》2022年第7期刊发文章介绍了法国地质调查总局在地质碳封存方面开展的工作和其创新性的碳封存和地热能集成方法。 

　　一、BRGM在地质碳封存方面开展的工作 

　　在地质碳封存相关方面，法国地质调查总局（BRGM）的专长在于：评估将碳捕获、利用与封存（CCUS）技术整合到循环经济中的潜力，为用户提供适合其所在社区特点的解决方案。BRGM认为，全球二氧化碳地质封存能力至少为20,000亿吨。可以设想不同的地质封存技术，包括使用含盐层、以前的废弃油气井、深层煤层或基性和超基性岩石。为了评估这些系统的综合潜力并确保其性能，需要进行上游研究，以评估可能封存二氧化碳的地质构造，并确定最适合该地区的技术和经济解决方案。 

　　法国地质调查总局一直是二氧化碳地质封存研究和创新的关键参与者，也是许多科学技术网络的专业机构（是法国二氧化碳俱乐部和二氧化碳GeoNet协会主席单位）。BRGM的碳团队开发量身定制的方法，以评估一个区域的潜力以及在项目的不同阶段整合CCUS解决方案的可行性。BRGM具体工作包括四个方面： 

　　（1）在上游阶段： 

　　·绘制该地区二氧化碳排放源和产业集群地质图； 

　　·使当地利益相关者参与CCUS方案的制定； 

　　·验证这些情景是否满足该地区的特定需求。 

　　（2）关于从工业源或大气源中捕获二氧化碳： 

　　·通过将二氧化碳溶解在水中来捕获二氧化碳； 

　　·层状双氢氧化物（LDH）的电化学还原捕获； 

　　·使用泻湖（石灰乳）和煅烧进行大气二氧化碳捕获/封存。 

　　（3）在二氧化碳的地质封存方面： 

　　·评估地质封存潜力和相关储集层的表征； 

　　·估算封存的三维动态特征和分析二氧化碳地质封存容量（体积法）； 

　　·二氧化碳注入策略和技术的确定和优化； 

　　·模拟油井或封存系统规模的水-流体-岩石相互作用； 

　　·通过适当的监测跟踪现场情况。 

　　（4）关于二氧化碳的使用和开发： 

　　·通过地理信息系统（GIS）确定二氧化碳利用的潜力并规划一个二氧化碳网络； 

　　·通过二氧化碳钝化碱性废物的矿物碳化作用过程，进行碳矿化； 

　　·通过使用绿色氢气就地转化为甲烷或与地热能协同使用能源； 

　　·CCUS链的环境分析，碳的生命周期评估。 

　　在潜在二氧化碳封存场地的表征方面，BRGM也开展了大量工作，帮助客户评估其设施下的碳排放的地质封存潜力。BRGM认为，对二氧化碳在地下行为的了解表明，在超过800米深度的储层岩石孔隙中，碳以致密形式（超临界状态）被有效捕获。对于一个工业公司来说，要抓住这个机会，必须研究其排放二氧化碳最多的设施周围的所有地下参数，以准确评估地质封存二氧化碳的能力。 

　　作为一个在地下潜力的知识、管理和开发方面得到认可的公共机构，BRGM能够开展一系列的研究，以确定和评估地下二氧化碳封存能力： 

　　·审查现有数据，以研究场地的地质情况。 

　　·旧数据的再处理和解释：利用地质勘探数据库（石油和地热），地下数据库（BSS），钻井数据（地球物理和岩心样品）。 

　　·可能获取的额外数据：地球物理图像，新的钻孔或深层岩心采样。 

　　·注入二氧化碳（超临界、气态、溶解）后储层和盖层反应性的实验表征。 

　　·封存系统（储层和覆盖层）的三维地质建模：模拟注水和水-二氧化碳-岩石相互作用，预测二氧化碳在储层中的运移及其矿物命运（长碳循环）。 

　　·通过预测数值模拟估计长期封存容量。 

　　·研究封存对地下环境的风险和影响（泄漏、超压等）。 

　　·开发传感器和协议，用于监测注入期间和之后的未来封存场地。 

　　二、碳封存和地热能集成方法 

　　法国地质调查总局近期探索工业二氧化碳排放的封存与热生产联动的项目，开发了一项创新技术，可以在产生热量的同时，将二氧化碳排放捕获和存储在地热场地的地下。 

　　法国地质调查总局认为，二氧化碳地质封存的经典方法是在浓密的气态（超临界）条件下，适应工厂大量排放，允许每年封存数百万吨二氧化碳，但这是一个复杂的过程，技术和经济可行性（选择储集层、密封性、安全性、耐久性的封存，将二氧化碳输送到注入点等）复杂，并不一定适用于排放量很小的设施。 

　　因此，BRGM开发了一项名为碳溶解（二氧化碳-DISSOLVED）的创新技术，该技术集成了二氧化碳捕获和地热能生产。在法国，使用这种替代封存技术可以避免12%的工业排放。超过400个工业站点可以兼容地质碳封存和热生产！ 

　　近30年来，BRGM一直在研究二氧化碳的地质封存，特别是封存在深层咸水层中。自2012年以来，BRGM在研究与地热能源回收（二氧化碳溶解过程）相关的CCS解决方案的技术经济可行性方面取得了坚实的经验，其中： 

　　·将该系统集成到现有的工业场地中，具有双重的环境效益，这得益于与工业活动相关的二氧化碳排放的减少，以及大量脱碳的可再生能源的生产； 

　　·通过将产生的热量直接集成到生产链或供应区域热网，满足工业排放生产者或其邻近地区的局部热能需求； 

　　·满足小型工业二氧化碳排放者的需求（少于15万吨二氧化碳/年），这些小型工业排放源分散在全国各地，“经典的”CCS不适用。 

　　这项工作特别基于： 

　　·识别和表征一个连续的和合适的含水层：可达性（1,000至2,000米深度），渗透率，水流速率，温度（50至80℃），岩石的性质； 

　　·根据计划安装的运行参数，对注入和封存情景进行数值模拟，评估溶解二氧化碳对地热储层和环境的影响； 

　　·整合创新的含水二氧化碳捕获方案，以最大限度地提高烟气中所含二氧化碳的回收效率，并将其重新注入地热双重体（doublet）； 

　　·建立二氧化碳注入作业的风险评估和监测方法。 

　　将中卢瓦尔河谷地区的二氧化碳封存与地热加热结合起来的碳溶解项目取得重大进展。该项目利用BRGM目前正在开发的二氧化碳溶解技术，评估了在卢瓦尔中部地区将二氧化碳捕获和封存与地热加热结合起来的潜力。氧化碳溶解技术的目标是在生产可再生、低碳能源的同时减少二氧化碳排放。其原理如下：地热水从深层含水层抽上来作为可再生能源，工厂排放的二氧化碳被捕获，然后溶解在地热水中——在它的能量被使用之后——用来为工厂建筑供暖；然后这些水被送回地面，以封存二氧化碳并减少温室气体的排放。 

　　与使用超临界二氧化碳相地质碳封存（传统的CCS方法）相比，碳溶解方法在封存安全方面具有显著优势，因为卤水顶替量更低，无压力积聚风险，二氧化碳逸出风险更低，且具有更快速矿化的潜力。由于这是一个本地的解决方案，如果当地的地下地质条件有利，那么与二氧化碳运输相关的成本将大大降低。最后，该项目通过地热回收增加了能源和收益的潜力。这是一种稳定注入作业的有趣方法，表明二氧化碳封存和地热活动之间可能存在实际的协同作用。 

　　（地学文献中心要闻第21期）