在中国页岩气产业链中通过地质封存实现负排放的碳封存

将问题转变为隐蔽的气候助力者

化石燃料燃烧是气候变化的主要驱动因素，但世界仍在很大程度上依赖它们作为能源来源。本研究探讨了一个有趣的问题：化石燃料产业是否不仅能减少污染，反而能从大气中移除比其排放更多的二氧化碳？研究者聚焦于中国快速增长的页岩气行业，展示了通过精心设计的作业方式如何将页岩气从气候负担转变为强大的地下“碳海绵”。

页岩气为何对中国和世界重要

过去十年间，中国的页岩气产量急剧增长，帮助国家减少对进口天然气的依赖，并在发电厂和工厂中替代部分煤炭。这一转换可以降低空气污染和碳排放，但页岩气在钻井、加工、运输和最终使用过程中仍会释放大量温室气体。设备泄漏、燃气明火焚烧以及大量燃料的燃烧都会产生累积影响。由于中国的地质条件和监管体系与美国——这一领域研究最深入的国家——存在差异，评估中国自身的页岩气足迹对衡量全球气候进展至关重要。

以碳本身作为工具

这项工作的核心是一系列方法，将二氧化碳视为不仅是废弃物，而是可作为工作流体并长期留在地下的客体。团队考察了三种主要技术。第一种是在压裂时使用高压二氧化碳替代水，以裂解岩石并打开气体通道。第二种是在老井中以循环方式注入二氧化碳以推动更多天然气产出。第三种是在气田大部分耗尽后，将枯竭井转为储存场所，让二氧化碳占据释放出的孔隙空间。总体来看，这些方法既提高了气体采收率，又通过多种途径将碳锁定于地下：被困在岩体结构中、吸附在矿物表面以及慢慢转化为更稳定的化合物。

从碳源到碳汇

为了检验可能性，研究者构建了中国页岩气的完整“生命周期”——从井场建设到钻井、生产、管道和最终使用——并叠加不同的未来策略。在商业惯例情景下，页岩气价值链仍然是二氧化碳和甲烷的重大排放源。但当更好的泄漏检测、更智能的生产方法以及将枯竭井系统化用于封存结合起来时，情况发生了逆转。在中国主要页岩盆地中，研究发现理论上该行业可以掩埋比其排放更多的碳，使其成为净“地质负排放”系统。潜在的汇量巨大：数百亿吨二氧化碳当量，相当于中国若干年的国家排放总量，同时还能提高总体产气量。

金钱、岩石和区域差异

仅有气候收益还不够——企业还需要盈利。因此团队将环境分析与财务建模相结合，追踪典型项目全生命周期内的成本和收入。他们发现结果因区域而异。在巖性条件优越且基础设施发达的四川盆地，许多负排放设置已经显示出盈利或接近盈利。在地质条件更具挑战性的其他盆地，捕集、运输和注入二氧化碳的额外成本超过了由增产天然气带来的收益，除非碳价较高或给予补贴。国际水平的碳定价能大幅增加可盈利项目的数量，表明更强的市场信号可能释放出大量潜力。

对净零未来的意义

总体而言，研究表明，通过适当的工程、政策和金融组合，中国的页岩气作业可以从一个顽固的气候污染源转变为部分解决方案——在供应能源的同时将大量碳封存于地下。这并不容易：需要细致的监测以避免泄漏、严格管理地震风险，并在不利地区实施有力的碳定价或定向支持。但如果这些障碍得到解决，这一方法为拥有页岩资源的国家在向更清洁的能源体系过渡期间帮助稳定气候提供了切实可行的路径。

引用: Hong, P., Guo, M., Liang, S. et al. Carbon sequestration for geological negative emissions of the shale gas value chain in China. Nat Commun 17, 3504 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-68829-y

关键词: 页岩气, 碳封存, 负排放, 碳定价, 能源转型