nclick="xtip.photoApp('jzpic',{index:'1'})" data-xphoto="jzpic" src="http://www.wetsq.com/zb_users/upload/2025/12/sfqmqyyd43v.jpeg" title="谷歌新数据中心将使用化石燃料发电，却几乎实现零排放 第1张" alt="谷歌新数据中心将使用化石燃料发电，却几乎实现零排放 第1张">
【编者按】在人工智能浪潮席卷全球的当下，数据中心如雨后春笋般涌现，其惊人的能耗与温室气体排放问题正引发广泛担忧。当科技巨头们竞相追逐算力巅峰，我们是否忽略了脚下环境的承载极限？谷歌近日一项突破性举措——支持建设结合碳捕集技术的天然气发电厂，或将开启绿色能源新篇章。本文深入解析碳捕集与封存技术如何为高耗能产业“解毒”，揭秘地下千米的二氧化碳变身之旅。在算力需求爆炸式增长的时代，这场关乎技术、环境与未来的博弈，值得每个关注地球命运的人深思。
随着人工智能数据中心在全国各地如雨后春笋般涌现，其巨大的能源需求及由此产生的温室气体排放正引发广泛担忧。这些建筑中的服务器和高能耗冷却系统持续运转，小型数据中心可能消耗数兆瓦电力，而超大规模数据中心的耗电量甚至超过100兆瓦。作为对比，美国新建的大型天然气发电厂平均发电量也不足1000兆瓦。
当这些数据中心的电力来自化石燃料时，它们可能成为大气中导致气候变暖的主要排放源——除非发电厂能先捕获温室气体并将其封存。
谷歌近期签署了一项独特的企业购电协议，支持在伊利诺伊州建设一座天然气发电厂。该电厂的设计核心正是通过碳捕集与封存技术实现零排放目标。
那么，碳捕集与封存技术在此类项目中如何运作？
我作为一名工程师，曾在2024年出版著作系统阐述各类碳封存技术。以下是您需要了解的核心要点。
碳捕集与封存技术运作原理
化石燃料燃烧发电时会释放二氧化碳——这种强效温室气体可在大气中存留数百年。随着这些气体在大气中累积，它们如同给地球裹上毯子，将热量禁锢在地表附近。过高的浓度会导致地球过热，引发包括热浪加剧、海平面上升和风暴增强在内的气候变化。
碳捕集与封存技术涉及从发电厂、工业流程甚至直接从空气中捕获二氧化碳，随后通过管道等运输方式，将其安全注入地下进行永久封存。
二氧化碳可能以超临界气体形态运输（处于气液相变临界点，兼具两者特性），也可能溶解于液体中。一旦注入地下深处，二氧化碳可被永久禁锢在地质构造中，溶解于盐水或矿化成岩石。
碳封存的核心目标是确保二氧化碳长期与大气隔绝。
地下碳封存类型
地下封存二氧化碳存在多种方案：
枯竭的油气藏拥有充足的封存空间，且多数已完成地质测绘并明确边界——这些地层曾将碳氢化合物封存数百万年。
二氧化碳也可注入正在开采的油气藏，在驱替更多化石燃料的同时将大部分二氧化碳留存地下。这种被称为“强化油气开采”的技术，是目前美国碳捕集与封存项目最常用的方法，也是环保组织诟病该技术的原因之一。
火山玄武岩和碳酸盐岩构造因含有能与二氧化碳反应生成矿物的钙镁离子，被视为安全长期地质封存的理想选择。冰岛率先利用其火山玄武岩基岩开展碳封存。玄武岩同样覆盖大部分洋壳，科学家正积极探索海底储层的封存潜力。
在美国，第四种方案——深部咸水层——可能最具工业级二氧化碳封存潜力，这也正是谷歌计划采用的技术。这些广泛分布的含水层是由砂岩、石灰岩或白云岩构成的多孔渗透沉积构造，其中充满高度矿化的地下水（虽不能直接饮用，但非常适合封存二氧化碳）。
深部咸水层的封存容量极为惊人，约在1000至20000吉吨之间。相比之下，美国2024年化石燃料碳排放总量仅约4.9吉吨。
根据全球碳捕集与封存研究院2025年度报告，截至2025年秋季，全美已有21个工业设施应用该技术，涵盖天然气、化肥和生物燃料产业。其中5个采用深部咸水层封存，其余均涉及强化油气开采，另有8个工业碳捕集设施正在建设中。
谷歌方案的独特之处在于，其购电协议为建设配备碳捕集与封存系统的发电厂提供了可行性。
谷歌的深部咸水层封存计划
谷歌与博德温能源合作建设的400兆瓦天然气发电厂，计划捕获约90%的二氧化碳排放，通过管道将其注入附近的西蒙山砂岩构造深部咸水层进行永久封存。
西蒙山砂岩构造是横跨伊利诺伊州大部、印第安纳州西南部、俄亥俄州南部及肯塔基州西部的巨型咸水层。其高孔隙度与渗透性的砂岩层使其成为二氧化碳注入的理想场所。为保持二氧化碳的超临界状态，注入层深度需至少达到800米。
西蒙山构造上方覆盖着厚重的欧克莱尔页岩层，作为冠岩能有效防止封存的二氧化碳逃逸。除密西西比河附近少数区域外，该页岩层在伊利诺伊盆地大部分地区厚度均超过90米。
西蒙山构造的预估封存容量高达27至109吉吨二氧化碳。
谷歌项目计划利用现有注入井场——该场地曾是西蒙山构造首次大规模碳封存示范项目的一部分。食品生产商阿彻丹尼尔斯米德兰公司自2012年起，就开始将附近玉米加工厂产生的二氧化碳注入该地层。
碳捕集与封存技术发展历程中曾面临挑战：2020年密西西比州萨塔蒂亚的管道破裂导致居民疏散及多人昏迷；2025年伊利诺伊州阿彻丹尼尔斯米德兰基地发生深部泄漏后，美国环保署要求企业加强监测。尽管封存的二氧化碳曾迁移至未批准区域，但尚未报告对供水系统构成威胁。
碳捕集与封存为何至关重要？
数据中心正在急速扩张，电力公司必须建设更多发电设施以满足需求。人工智能公司OpenAI甚至呼吁美国每年新增100吉瓦发电容量——这相当于当前建设速度的两倍。
包括国际能源署在内的众多能源专家认为，随着能源需求增长，碳捕集与封存技术对减缓气候变化、防止全球气温突破危险临界点至关重要。
作者拉梅什·阿加瓦尔为圣路易斯华盛顿大学工程学教授。
