海洋是地球上最大的碳庫，其碳儲存能力遠(yuǎn)高于陸地和大氣，因此，開展海洋二氧化碳移除（marine Carbon Dioxide Removal, mCDR）成為減少二氧化碳排放的備選方案。6月4日，全球性倡議“可持續(xù)海洋經(jīng)濟(jì)高級別小組（Ocean Panel）”發(fā)布《負(fù)責(zé)任和有效的海洋二氧化碳移除開發(fā)與治理原則》藍(lán)皮書，強(qiáng)調(diào)海洋二氧化碳移除（mCDR）在實(shí)現(xiàn)《巴黎協(xié)定》氣候目標(biāo)方面的潛在作用，提出需要解決圍繞mCDR有效性、影響和成本的重大知識差距。海洋二氧化碳移除技術(shù)包括海水堿化增強(qiáng)（Ocean Alkalinity Enhancement, OAE）、營養(yǎng)施肥（Nutrient Fertilization）、人工上升流和下降流（Artificial Upwelling and Downwelling）、海藻養(yǎng)殖（Seaweed Cultivation）、生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)（Ecosystem Recovery）、電化學(xué)過程（Electrochemical Processes）等。本文概述了以上6種mCDR技術(shù)方案，梳理了主要國家政策行動、近期研究進(jìn)展以及未來研究重點(diǎn)，以期為未來海洋減排工作提供參考。

一、海洋二氧化碳移除技術(shù)

根據(jù)美國國家科學(xué)院、工程院和醫(yī)學(xué)院（National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine）于2021年12月發(fā)布的《海洋二氧化碳移除和封存研究策略》（A Research Strategy for Ocean-Based Carbon Dioxide Removal and Sequestration）報(bào)告，6種mCDR技術(shù)方案如下：

（1）海水堿化增強(qiáng)：通過向海水中添加碳酸鹽或硅酸鹽等礦物提高海水堿度來增強(qiáng)海洋吸收和儲存二氧化碳的能力。

（2）營養(yǎng)施肥：通過向海洋表面添加磷或氮等營養(yǎng)物質(zhì)來增強(qiáng)浮游植物光合作用，從而加速海洋對二氧化碳的吸收以及表層向深海的碳轉(zhuǎn)移。

（3）人工上升流和下降流：上升流將溫度更低、營養(yǎng)更豐富和二氧化碳含量更高的深層海水帶到海洋表面，刺激表層浮游植物生長，加快對大氣中的二氧化碳的吸收。下降流則是將表層海水和碳轉(zhuǎn)移到深海進(jìn)行封存。

（4）海藻養(yǎng)殖：海藻的大規(guī)模養(yǎng)殖可以使其在生長過程中直接吸收表層溶解碳，也可以通過海洋生物泵將碳轉(zhuǎn)移到深?；虺练e物中。

（5）生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)：通過保護(hù)與恢復(fù)沿海生態(tài)系統(tǒng)以及恢復(fù)魚類、鯨魚和其他海洋野生動物來實(shí)現(xiàn)碳移除和封存。

（6）電化學(xué)過程：通過在海水中通電引發(fā)海水裂解或電解，可以增加海水的酸度以釋放出二氧化碳，也可以增加海水的堿度以增強(qiáng)二氧化碳封存能力。

二、主要國家政策行動

為了更好地了解和開展海洋二氧化碳移除行動，美國、歐盟、英國、新加坡和我國等進(jìn)行積極部署。2023年3月，美國政府發(fā)布首個《海洋-氣候行動計(jì)劃》，提出到2030年，充分了解mCDR的有效性和利弊，并為其研究和實(shí)施制定政策和監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)以及專門的碳核算標(biāo)準(zhǔn)；2024年11月，美國國家海洋與大氣管理局（NOAA）和白宮科學(xué)技術(shù)政策辦公室（OSTP）發(fā)布《國家海洋二氧化碳移除研究戰(zhàn)略》，旨在推進(jìn)對mCDR的效益、風(fēng)險、平衡、安全等相關(guān)研究；2025年3月，美國國家科學(xué)院海洋研究委員會（National Academies Ocean Studies Board）成立海洋二氧化碳清除常務(wù)委員會，主要提供最新的和經(jīng)過審查的mCDR信息。2023年6月，歐盟啟動為期4年的“海洋二氧化碳移除評估戰(zhàn)略”（SEAO2-CDR）項(xiàng)目，評估m(xù)CDR技術(shù)是否有效，考察環(huán)境和經(jīng)濟(jì)上的可行性，制定所需的機(jī)制、工具和指南。2025年4月，英國SeaCURE項(xiàng)目開始在英格蘭南海岸進(jìn)行小規(guī)模的二氧化碳移除試驗(yàn)，大規(guī)模應(yīng)用后預(yù)計(jì)每年處理1%表層海水即可清除140億噸碳。2024年2月，新加坡聯(lián)合美國科技公司Equatic宣布建立全球最大的全尺寸海洋碳移除示范工廠—“Equatic-1”，建成后每年可移除3650噸的溫室氣體，Equatic的碳移除技術(shù)被《時代》雜志評為2023年最佳發(fā)明之一。2022年4月，焦念志院士領(lǐng)銜發(fā)起的“海洋負(fù)排放國際大科學(xué)計(jì)劃（ONCE）”被列為聯(lián)合國海洋科學(xué)促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展十年行動計(jì)劃、聯(lián)合國十年倡議計(jì)劃框架中的國際大科學(xué)計(jì)劃，目前，ONCE大科學(xué)計(jì)劃獲批成立國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）“海洋負(fù)排放與碳中和”國際標(biāo)準(zhǔn)工作組（ISO TC8WG15），提出全球首個海洋領(lǐng)域碳中和國際標(biāo)準(zhǔn)提案《海洋負(fù)排放與碳中和——總則和要求》（ISO/NP 25283-1）。

三、研究進(jìn)展

1、海水堿化增強(qiáng)對海洋食物網(wǎng)的影響微乎其微

2024年12月，德國亥姆霍茲海洋研究中心等機(jī)構(gòu)團(tuán)隊(duì)利用離岸中尺度模擬裝置（Kiel Off-Shore Mesocosms for Ocean Simulations）在北大西洋低營養(yǎng)水平海域開展了一項(xiàng)為期33天的堿化增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)，通過添加不同濃度的碳酸鈉和碳酸氫鈉，模擬了從自然堿度到堿度翻倍的情景下，浮游動物群落對海洋化學(xué)環(huán)境變化的響應(yīng)。結(jié)果表明，海水堿度增加會略微影響浮游動物所需食物的營養(yǎng)質(zhì)量，但并未對其生物量、多樣性或生產(chǎn)力產(chǎn)生顯著影響，整個食物網(wǎng)在實(shí)驗(yàn)過程中較為穩(wěn)定。研究人員表示，上述研究并不能說明OAE適用于所有海域，所選的低營養(yǎng)水平環(huán)境可能在一定程度上緩解了堿度變化帶來的間接生態(tài)效應(yīng)，還需在不同的海洋生境中測試各種形式的OAE技術(shù)。

2、國際研究組織計(jì)劃重啟有爭議的海洋鐵肥化技術(shù)

2024年9月，“探索海洋鐵質(zhì)方案（ExOIS）”研究組織就海洋鐵肥化（Ocean Iron Fertilization, OIF）的潛在碳移除能力開展了評估研究。通過從東北太平洋的實(shí)地調(diào)查、全球及區(qū)域和實(shí)地調(diào)查的建模研究、多種鐵的形態(tài)和投放方法的試驗(yàn)、評價對生態(tài)系統(tǒng)和其他非碳環(huán)境影響、社會科學(xué)及治理等角度的評估，指出OIF可以作為有效的mCDR技術(shù)之一，后續(xù)需要針對方法的實(shí)際利用進(jìn)行實(shí)地研究。ExOIS希望最早于2026年，在約1萬平方千米的東北太平洋海域進(jìn)行實(shí)地試驗(yàn)。

3、人工上升流減少海洋二氧化碳排放的效果并不顯著

2024年10月，德國亥姆霍茲海洋研究中心團(tuán)隊(duì)開展了中等排放情景下（RCP 4.5）的海洋-大氣模擬實(shí)驗(yàn)，分別模擬了2025—2100年全球和區(qū)域人工上升流和OIF以及兩種方法組合的碳移除能力。全球模擬結(jié)果表明，到2100年，人工上升流和OIF組合方法可以吸收約1030億噸碳，其中，OIF的移除貢獻(xiàn)達(dá)到950億噸碳，而人工上升流并不會顯著減少海洋二氧化碳，可能是因?yàn)?00米以下深度海域營養(yǎng)水平低、模擬管道橫截面無法改變、有機(jī)物養(yǎng)分恒定、鐵質(zhì)營養(yǎng)缺乏、排放情景限制等。區(qū)域模擬結(jié)果也表明，OIF是海洋碳儲量增加的主要貢獻(xiàn)力量，人工上升流反而會產(chǎn)生減少碳儲量的負(fù)面影響。

4、海藻養(yǎng)殖場的碳埋藏速度與天然藍(lán)碳棲息地相當(dāng)

2025年1月，沙特阿拉伯阿卜杜拉國王科技大學(xué)等機(jī)構(gòu)團(tuán)隊(duì)利用核技術(shù)首次量化了分布于全球各洲11個國家的20個海藻養(yǎng)殖場的碳埋藏能力。研究表明，海藻養(yǎng)殖場有著與天然藍(lán)碳棲息地相當(dāng)?shù)奶悸癫厮俣?，每公頃場地的平均有機(jī)碳埋藏率約為1.87±0.73噸二氧化碳當(dāng)量/年，碳埋藏量相當(dāng)于海草和紅樹林沉積物平均碳封存量的39%和33%。隨著養(yǎng)殖場年份的增加，養(yǎng)殖場沉積層的厚度及有機(jī)碳儲量也在增加，經(jīng)營時間10年左右的歐洲和北美的養(yǎng)殖場沉積層厚度約0~1.1厘米，而運(yùn)營320年的日本東京灣海藻養(yǎng)殖場的沉積層厚度達(dá)到369厘米，每公頃場地的沉積碳高達(dá)140噸碳。

5、氯化物介導(dǎo)的無膜方法為海洋二氧化碳移除提供經(jīng)濟(jì)的解決方案

2023年2月，美國麻省理工學(xué)院和韓國梨花女子大學(xué)的聯(lián)合團(tuán)隊(duì)研發(fā)出一種鉍和銀電極組成的電化學(xué)系統(tǒng)，使得氯介導(dǎo)的電化學(xué)酸堿調(diào)節(jié)成為可能，可以在不需要昂貴雙極膜的情況下，有效移除海水中的二氧化碳。系統(tǒng)串聯(lián)運(yùn)行后，一組電極用于酸化海水，將溶解的無機(jī)碳酸氫鹽轉(zhuǎn)化為分子二氧化碳，酸化的海水輸入另一組電極后經(jīng)過堿化處理再釋放回大海。系統(tǒng)可以連續(xù)運(yùn)行10小時，海洋無機(jī)碳移除效率約為87%，能耗低至122千焦/摩爾，移除成本僅為56美元/噸。這一技術(shù)被國際純粹與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會（IUPAC）評為2023年“化學(xué)領(lǐng)域十大新興技術(shù)”之一。

四、未來研究重點(diǎn)

mCDR技術(shù)仍然處于相對早期的發(fā)展階段。根據(jù)美國國家科學(xué)院等發(fā)布報(bào)告、海洋環(huán)境保護(hù)科學(xué)問題聯(lián)合專家組（GESAMP）研究報(bào)告、全球性倡議組織藍(lán)皮書，未來6種mCDR技術(shù)研究應(yīng)聚焦于如何開展部署以及實(shí)施后對海洋生物及生境、沿海和陸地環(huán)境的影響等：

（1）海水堿化增強(qiáng)。開展OAE方法的技術(shù)可行性和準(zhǔn)備水平研究；開發(fā)中試規(guī)模的相關(guān)設(shè)施，解決最佳部署位置如何確定的問題；探索海水堿度增強(qiáng)對海洋生物個體和群落結(jié)構(gòu)的影響；研究真光層和海洋深處的生物地球化學(xué)過程及其生態(tài)響應(yīng)；全面評估和緩解礦物添加對海洋環(huán)境產(chǎn)生的影響；開展與實(shí)驗(yàn)室和中試規(guī)模試驗(yàn)相關(guān)的社會治理以及環(huán)境倫理研究。

（2）營養(yǎng)施肥。開展提高營養(yǎng)物質(zhì)的生物利用度以及移除技術(shù)持久性研究；改進(jìn)監(jiān)測技術(shù)，跟蹤營養(yǎng)物質(zhì)對海洋二氧化碳以及海洋生物地球化學(xué)過程和食物鏈的影響；研究如何通過食物網(wǎng)響應(yīng)最大限度地發(fā)揮營養(yǎng)施肥技術(shù)的碳封存潛力；了解營養(yǎng)施肥是否影響海洋營養(yǎng)水平和下游生態(tài)系統(tǒng)；海洋低營養(yǎng)環(huán)境對營養(yǎng)施肥的響應(yīng)；研究《防止傾倒廢物及其他物質(zhì)污染海洋的公約》是否足以監(jiān)管營養(yǎng)施肥技術(shù)的研究與最終部署，探索建立最佳行為準(zhǔn)則。

（3）人工上升流和下降流。研發(fā)耐用的海水泵送系統(tǒng)，使系統(tǒng)維持?jǐn)?shù)月或數(shù)年，并防止負(fù)浮力、營養(yǎng)豐富的深層海水立即從真光層泄出；評估在全球和區(qū)域開展人工上升流和下降流部署的碳移除潛力；跟蹤上升和下降過程中的碳通量變化；了解海洋表層浮游生物種群對深層海水輸入的響應(yīng)；研究微生物群落對營養(yǎng)物質(zhì)擾動的生物反應(yīng)；開發(fā)自主和遠(yuǎn)程方法用于評估移除技術(shù)與生物碳泵的耦合關(guān)系。

（4）海藻養(yǎng)殖。改進(jìn)現(xiàn)有種植技術(shù)，確定最佳種植區(qū)域評選方法，實(shí)現(xiàn)具有成本效益的大規(guī)模海藻養(yǎng)殖和收獲；評估大規(guī)模海藻養(yǎng)殖和儲存對環(huán)境和海洋生物的影響；驗(yàn)證與監(jiān)測規(guī)模化海藻示范養(yǎng)殖的碳移除潛力；在不造成大量碳損失的前提下，研發(fā)出將收獲的海藻輸送到深?；蚝５椎姆椒?；海藻及其副產(chǎn)品的生命周期排放評估及其長期存活預(yù)測。

（5）生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)。估計(jì)自然生態(tài)系統(tǒng)和海洋生態(tài)系統(tǒng)之間的碳儲量變化；評估生態(tài)系統(tǒng)層面的保護(hù)與恢復(fù)是否適用于mCDR；監(jiān)測海洋保護(hù)區(qū)碳儲量及其時空變化，預(yù)估到2050年，海洋保護(hù)和海洋保護(hù)區(qū)每年的碳封存潛力；大型藻類面對溫度上升和氣候擾動的脆弱性；測量大型藻類碎屑產(chǎn)量，用于估計(jì)大型藻類顆粒有機(jī)碳封存情況；加深人為干擾對底棲生物群落的影響研究以及不同保護(hù)措施下的潛在變化理解；估計(jì)海洋物種間的碳相互作用；進(jìn)一步研究漁業(yè)排放、魚類種群和生態(tài)功能對沉積碳的影響。

（6）電化學(xué)過程。研發(fā)耐用、持久且具有成本效益的電極和膜材料，建立基于膜或無膜的最佳反應(yīng)系統(tǒng)；評估天然礦物質(zhì)對電化學(xué)系統(tǒng)的影響；探索大規(guī)模實(shí)施電化學(xué)方法的部署速度及其可能性；研究反應(yīng)過程生成的含酸廢物處理方法及其環(huán)境影響；量化電化學(xué)過程中產(chǎn)生的氯氣或其它廢氣；探究組合方法或優(yōu)化反應(yīng)過程以降低成本。

此外，為了確保mCDR的有效性、透明度和可重復(fù)性，還需建立標(biāo)準(zhǔn)化、準(zhǔn)確和可靠的監(jiān)測、報(bào)告與核查（MRV）體系，全面報(bào)告與評估m(xù)CDR的移除能力和持久性等。