海洋碳汇与海洋能源协同开发路径探讨

宋莎莎，赵建平，吴翌丹，黄倩雯，靳卫卫，张庆范，安伟

（1.中海油能源发展股份有限公司安全环保分公司，天津 300457；2.海上油田低碳环保重点实验室，天津 300457）

2021 年9 月22 日，中共中央、国务院印发了《关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》。据估计中国碳达峰排放值约122 亿吨CO2当量[1]，双碳进程前半段重在减碳和碳捕集、利用与封存（Carbon Capture，Utilization and Storage，CCUS），后半段将逐渐以碳汇和零碳技术为主，碳汇开发是实现碳中和目标的重要路径。海洋碳汇是重要的生态系统碳汇开发途径。近年来国家高度重视发展海洋碳汇，密集出台多项政策规划，鼓励探索发展海洋碳汇。

海洋能源开发是海洋强国建设的重要支撑，海洋碳汇与海洋能源协同开发，有利于统筹能源安全保障与“双碳”目标，对海洋能源高质量可持续发展与绿色转型起着重要推动作用。2022年6 月，中国海洋石油集团有限公司发布了“碳达峰、碳中和”行动方案，积极探索发展海洋碳汇等新型碳汇技术[2]。方案中要求探索发展微型生物增汇、渔业碳汇以及矿化固化等新型增汇技术，加强科学研究和监测，形成海洋增汇技术体系，建立海洋碳汇监测、报告和核算方法体系，积极参与构建系统的海洋碳汇核查理论、监测指标和评估方法等，逐步推动海洋碳汇产业化发展。国外能源公司也在积极探索海洋碳汇开发。2022 年，挪威科技工业研究所（Foundation for Scientific and Industrial Research at the Norwegian Technical College，SINTEF）、挪威船级社（Det Norske Veritas，DNV）和挪威国家石油公司等在挪威海岸联合开展了海藻捕碳试点项目，进行海藻种植并研究碳存储加工，探索可扩展推广的工业规模碳捕获技术[3]。

综上，国内外海洋能源行业均在积极探索海洋碳汇开发，但尚未形成成熟的可大规模推广的模式。本文结合典型协同开发场景，提出海洋碳汇与海洋能源协同开发路径，以期为海洋能源行业海洋碳汇协同开发提供参考。

1 海洋碳汇机制与现状

相对大气而言，海洋通过物理、化学、生物过程吸收CO2并存储在其内部，称为海洋碳汇。2009年联合国发布的《蓝碳：健康海洋固碳作用的评估报告》指出，海洋是地球上最大的活跃碳库，储碳量是陆地碳库的20倍、大气碳库的50倍。海洋碳汇具有固碳效率高、固碳周期长的特点。

1.1 海洋碳汇机制

海洋固碳机制主要包括：溶解泵、生物泵和微生物泵[4-6]。溶解泵指由于大气CO2分压高于海洋，使得CO2溶于海水中，并通过温盐环流将溶解于表层海水的CO2输送到深海中。生物泵指海洋浮游植物等通过光合作用吸收和转化CO2，沿食物链从初级生产者逐级向高营养级传递有机碳，并产生颗粒有机碳沉降，将部分碳长期封存。微生物泵指利用海洋微型生物（粒径小于20 µm，主要包括细菌、古菌、病毒、大部分原生动物）等生理代谢活动吸收活性有机碳，转化为惰性有机碳，长期稳定储存在海水中。

海洋碳汇根据碳汇空间可以大致分为海岸带碳汇与开阔海区碳汇。海岸带碳汇指如红树林、盐沼和海草床等可见的海岸带植物固碳[6-7]。我国是世界上少数几个同时拥有这三大蓝碳生态系统的国家之一。由于海岸带碳汇面积受限，碳汇总量相对有限。随着海洋碳汇研究的深入，特别是微生物泵的揭示，陆海统筹、渔业碳汇、海洋碱化、上升流等开阔海区的碳汇开发途径日益受到关注。我国陆架边缘海占国土面积的1/3，碳汇潜力巨大，亟待开发。

1.2 海洋碳汇开发现状

海洋碳汇开发项目可用于交易履约抵消的碳汇量必须是依据方法学要求经人为干涉在自然基础上的增量碳汇[8]，而并非自然界已有碳汇储量。目前国内外海洋碳汇开发与交易主要聚焦于海岸带红树林碳汇，国内也有少量渔业碳汇交易案例。国际上基于清洁发展机制（Clean Development Mechanism，CDM）和核证碳标准（Verified Carbon Standard，VCS）机制发布了《在湿地上开展的小规模造林和再造林项目活动》《退化红树林生境的造林和再造林》《REDD+方法框架》《潮汐湿地和海草恢复的方法学》和《滨海湿地构建的方法学》等涉及红树林和湿地的方法学，并开发了多个CDM、VCS 认证的红树林碳汇项目[9-12]。美国科学院从技术可行性、成本和潜在影响等方面对营养施肥、人工上升流和下降流、海藻养殖、生态系统修复、增加海水碱度和电化学等海洋固碳方法进行了综合分析[13]。

国内在海洋碳汇核算标准、调查评估规范等方面也开展了相关工作，推出了《海洋碳汇核算方法》《养殖大型藻类和双壳贝类碳汇计量方法碳储量变化法》等行业标准及《红树林湿地生态系统固碳能力评估技术规程》等地方标准，同时开展了海岸带蓝碳增汇措施及其技术体系研究，并进行了多个红树林碳汇项目开发[14-16]，如首个符合VCS 和气候、社区、生物多样性标准（Climate，Community and Biodiversity，CCB）的广东湛江红树林造林项目，以及泉州洛阳江、海口市三江农场红树林修复项目。渔业碳汇方面，国内开展了近海养殖环境碳汇过程、贝藻养殖碳循环贡献及海洋渔业碳汇方法学研究[17-20]。2022 年福建打造了全国首例海洋渔业碳汇交易和首例双壳贝类海洋渔业碳汇交易项目，并启动海洋负排放国际大科学计划，提出了陆海统筹减排增汇生态工程、海洋缺氧酸化环境负排放工程、海洋微型生物碳埋藏增效、海水养殖环境负排放工程[21-22]等海洋增汇技术途径，旨在增加海洋碳汇与缓解减排压力。

1.3 海洋能源开发现状

海洋能源开发利用是保障国家能源安全、维护海洋权益的重要举措。目前我国海洋能源开发特别是油气开发主要集中在近海。加大近海能源开发力度、开发范围的同时，挺进深水、自主实施深水油气资源开发、开展海洋可再生资源开发技术研究是当前面临的主要任务[23-24]。海洋石油是世界油气能源的重要增长极，中国海洋石油集团有限公司作为我国最大的海上油气生产商，坚决贯彻落实国家关于油气行业增储上产的决策部署，加大油气勘探开发力度，履行油气供给保障的使命担当，建立近海油气田高效开发技术体系，积极发展深水工程重大装备和深水油气勘探开发技术研究。2021 年“深海一号”大气田在海南陵水海域正式投产，作为我国深水油气开发和海洋工程装备技术的重大突破，标志着我国海洋石油勘探开发能力实现从300 m 深水到1 500 m 超深水的历史性跨越。与此同时，海洋可再生能源的开发利用也进入了新的阶段，大力发展海洋可再生能源，对实现“碳达峰、碳中和”目标，服务生态文明和海洋强国建设具有重大战略意义。我国潮汐能、波浪能、潮流能技术相对成熟，潮汐能电站已基本实现商业化运行；波浪能、潮流能发电技术也已开展示范运行，自主研发的半潜式波浪能养殖一体化平台已在渔业基地开展超过24 个月的养殖示范；温差能与盐差能开发利用方面尚处于试验研究阶段[25-26]，海洋风电与光伏发电发展迅速，越来越多的风电、光伏等项目布局在海上，集海上风力发电、深远海养殖于一体的“风渔”融合智能化装备正在建造，可有效提高海域资源节约集约化开发水平。

2 海洋碳汇与海洋能源协同开发路径

结合海洋能源典型开发场景，综合考虑海洋碳汇技术现状、海洋碳汇与海洋能源协同开发匹配性、生态环境效益等因素，本文提出了基于生态修复工程、基于增殖放流或海洋牧场、基于大型藻类、基于矿化固化的四种海洋碳汇与海洋能源协同开发路径。

2.1 基于生态修复的海洋碳汇协同开发路径

在海洋能源开发涉及海洋生态保护红线、海岸带环境敏感资源等的情况下，需开展相应的生态修复工程。将海洋能源开发的生态修复工程与海岸带碳汇开发结合起来，实现海洋能源开发与海洋碳汇开发的协同。通过参与国家、地方主导开展的滨海生态修复工程，或者企业自主开展的滨海生态系统修复保护，将生态修复与碳汇开发有效结合起来，实现生态效应与碳汇效应的双赢。基于生态修复工程的海洋碳汇开发，主要涉及红树林、盐沼、海草床、牡蛎礁等碳汇类型。目前厦门大学已提出红树林造林碳汇项目方法学，山东省海洋资源与环境研究院联合中国海洋大学编制了“海草床碳汇项目方法学”。盐沼、牡蛎礁等碳库监测与评估技术规程标准也正在推动。总体来说，基于生态修复工程的海洋碳汇协同开发路径，与海洋能源开发匹配性较好，有部分碳汇方法学与核算标准基础，且生态环境效应好，可以考虑结合具体的生态修复工程开展相应的海洋碳汇开发。此协同路径需重点考虑生态修复项目碳汇开发方法学、固碳增汇技术、碳汇核算与认证，以及碳汇交易或抵消排放配额的可行性。

2.2 基于增殖放流或海洋牧场的海洋碳汇协同开发路径

根据《建设项目对海洋生物资源影响评价技术规程》，工程的生态补偿经费需严格按规定全部用于生态修复，主要包括增殖放流、保护区建设与人工鱼礁建设等。将生态资源修复增殖放流活动与碳汇开发结合，或将废弃平台、风机基础设施与人工鱼礁或海洋牧场增汇结合，可实现碳汇协同开发。该协同路径主要涉及渔业碳汇开发，关键技术涉及增殖放流、人工鱼礁与海洋牧场碳汇计量方法，需重点关注相关标准与方法学研究进展。目前相关标准有中国水产科学研究院黄海水产研究所提出的海洋行业标准《养殖大型藻类和双壳贝类碳汇计量方法碳储量变化法》等。我国学者正在加紧开展海洋牧场生物资源蓝碳计量技术规程等相关标准的研究工作。2023 年1 月，河北省生态环境厅、自然资源厅、农业农村厅联合印发《河北省海水养殖双壳贝类固碳项目方法学》，明确了河北省管辖海域范围内双壳贝类养殖项目碳汇开发的核算边界、基线情景、碳汇计量及监测程序等，为其他区域推动相关方法学提供了借鉴。总体来说，在满足海洋能源开发设施管理要求下，基于增殖放流或海洋牧场的海洋碳汇开发路径，与海洋能源开发匹配性较好，有利于促进海洋生物资源恢复，生态环境效应较好，但还需相关碳汇开发方法学与计量标准作为开发依据，或是根据现有的方法学和核算标准确定增殖放流方案或海洋牧场类型。

2.3 基于大型藻类的海洋碳汇协同开发路径

基于大型藻类的海洋碳汇开发通过在外海海域开展大型藻类养殖，并对收获的藻类进行加工，实现碳封存。由于近海养殖存在环境污染且养殖品种通常为高经济价值种，因此考虑在外海海域进行大型藻类养殖碳汇开发。研究将外海大型藻类养殖装置与海洋能源开发设备设施相结合，探索碳汇协同开发。本协同路径重点关注大型海藻增汇技术、碳汇方法学及计量方法。海洋行业标准《养殖大型藻类和双壳贝类碳汇计量方法碳储量变化法》根据藻类幼苗碳储量与成体碳储量的变化进行碳汇计量。根据典型外海海域温度、盐度、pH、溶解氧、叶绿素浓度、营养盐浓度等，开展室内生态模拟试验，研究不同大型藻类的固碳能力、影响因素，探究外海适宜增汇的大型藻类品种及提升固碳能力的技术方法。总体来讲，大型海藻养殖适宜海域广泛，与海洋资源开发匹配性一般，但有利于改善海洋环境状况，生态环境效益较好，需做好捕获藻类的合理利用，提高固碳持久性。

2.4 基于矿化固化的海洋碳汇协同开发路径

矿化固化通过模仿并加速自然界中岩石风化吸收CO2的过程，即CO2溶解在水中产生H2CO3，与碱性矿物发生中和反应，促进H2CO3解离成HCO3-进行固碳。在海洋油气平台周边海域，结合平台设施建立碱性矿物处理平台，有利于降低碱性矿物处理成本。同时，通过向海水中添加橄榄石等碱性矿物，增加海水碱度，加速CO2消耗，对海洋油气行业生产过程中产生的CO2进行捕集固定，实现矿化固化碳汇开发与海洋能源开发的协同。同时该过程伴随硅酸的生成，有利于硅藻等初级生产者增长，并释放微量铁元素，促进浮游植物生长。该协同路径的实施需重点关注碳汇效应评估及增汇提升技术、碳汇监测计量方法与矿化固化增汇方法学研究。美国Vesta沿海碳封存（Coastal Carbon Capture）橄榄石人工沙滩项目正在开展基于该方法的沿海碳捕获的实施、环境影响评价及CO2去除量化等研究，国内也有学者提出该增汇方法的大陆架应用设想。总体来说，基于矿化固化的海洋碳汇开发与海洋能源开发匹配性较好，但目前仍处于理论完善与试验研究阶段，尚无相关碳汇核算方法与标准，且其对海洋环境的影响有待进一步研究评估。

上述海洋碳汇与海洋能源协同开发路径的特点汇总如表1 所示。从协同开发匹配性来看，基于生态修复工程、增殖放流与海洋牧场以及矿化固化的开发路径较优；从生态环境效应角度看，基于生态修复工程、增殖放流与海洋牧场以及大型藻类的碳汇开发路径，可以在增汇的同时改善海洋环境、促进生物资源恢复；从开发技术、标准和方法学基础方面看，基于生态修复工程、增殖放流与海洋牧场以及基于大型藻类的碳汇开发路径有部分基础，但开发时还必须根据涉及的碳汇类型具体分析标准与方法学的适用性。综上，建议海洋能源行业优先开展基于生态修复工程、增殖放流或海洋牧场的碳汇协同开发，择机开展基于大型藻类的海洋碳汇协同开发，持续跟踪基于矿化固化的海洋碳汇协同开发路径。

表1 海洋碳汇与海洋能源协同开发路径

3 海洋碳汇与海洋能源协同开发建议

利用海洋能源开发设备设施或结合生态补偿活动开展海洋碳汇开发，有利于鼓励海洋能源企业因地制宜参与海洋碳汇开发，降低海洋碳汇开发成本，提高其开展海洋碳汇开发的积极性；有利于实现能源开发、经济发展与生态环境和碳汇效益的平衡，构建清洁低碳、安全高效的能源体系；有利于提高海域集约化开发水平，全面促进资源节约集约利用，提升海洋开发利用总体水平和技术创新能力。但不可否认，海洋碳汇与海洋能源协同开发也存在一些问题与挑战。海洋碳汇与海洋能源协同开发必须在保证海洋能源开发设备设施安全运行的前提下开展，特别是涉及对相关设备设施进行改造的情况时，须满足海洋能源开发设备设施管理要求。同时，海洋碳汇方法学、标准体系尚未建立，海洋碳汇认证交易的价值实现路径尚不明晰，导致海洋碳汇协同开发动力不足。

为加快推动海洋碳汇与海洋能源协同开发，建议从鼓励试点区域结合低碳零碳示范建设先行、构建海洋碳汇方法学体系、建立碳汇核算认证机制、探索纳入市场交易机制等方面开展工作。

3.1 鼓励试点区域结合低碳零碳示范建设先行

为有效推进海洋碳汇与海洋能源协同开发的实施，应抓住海上低碳/零碳油田、低碳/零碳海洋工程建设示范等契机，结合区域海洋碳汇资源情况，积极布局海洋碳汇协同开发方案，通过示范项目带动海洋碳汇与海洋能源协同开发的实施落地。以海洋碳汇协同开发助力低碳零碳示范建设，推动海洋能源行业绿色低碳转型与海洋碳汇的开发实践。

3.2 构建海洋碳汇方法学体系

目前海洋碳汇相关方法学匮乏，阻碍了海洋碳汇项目的开发。考虑海洋碳汇目前仅有红树林营造纳入国家核证自愿减排量（China Certified Emission Reduction，CCER），建议积极推动其他类型海洋碳汇纳入CCER，并从地方碳汇方法学、碳普惠方法学等方面寻求海洋碳汇协同开发方法学的突破。建议从地方碳汇方法学、碳普惠方法学等方面寻求海洋碳汇协同开发方法学的突破。《河北省海水养殖双壳贝类固碳项目方法学》可以作为借鉴参考。全国已有多省提出建立碳普惠机制，如山东省提出重点推进海洋碳汇等碳普惠项目的开发，广东省发布《广东省碳普惠交易管理办法》，海南省发布《碳普惠管理办法（试行）》，重点鼓励海洋碳汇等领域的碳普惠方法学申报，为海洋碳汇方法学的发展开辟了新的渠道。

3.3 建立碳汇核算认证机制

不同于林业碳汇有相对完善的项目审定和核证程序及方法，海洋碳汇核算认证尚无明确规范。目前部分海洋碳汇开发交易试点项目，仅以科研院所出具的核算报告为依据进行试点交易。因此，亟待建立统一的海洋碳汇核算认证机制，规范海洋碳汇核算程序与方法，促进海洋碳汇开发与交易的规范开展。

3.4 探索纳入市场交易机制

目前发电行业已纳入全国碳市场管理，地方碳市场也规定了相应的管理范畴。海洋能源企业符合规定的自配电厂等已经纳入国家碳市场及部分地方碳市场管理。目前海洋碳汇仅有红树林营造CCER 纳入全国碳市场交易机制，导致其他类型海洋碳汇开发动力不足。各地碳普惠机制的蓬勃发展，为海洋碳汇进入地方交易市场带来了新的机遇。如广东省明确碳普惠核证减排量可作为补充抵消机制进入广东省碳排放权交易市场。通过碳普惠等机制探索将海洋碳汇纳入碳市场交易机制，将有效推动海洋碳汇的开发与交易。