全球气候变化已被公认为21世纪最紧迫的全球性挑战之一。源自化石燃料消费与工业活动的人为二氧化碳（CO2）排放持续破坏着地球的碳循环，导致大气CO2浓度达到历史高位，2023年已超过420 ppm，远高于工业化前约280 ppm的水平。温室气体的快速累积已造成一系列可量化的影响，具体表现为全球平均气温持续攀升、海洋酸化进程加剧以及极端天气事件发生频率显著增高。
随着全球脱碳进程不断深入，碳捕集、利用与封存（CCUS）技术有望在协调能源需求与气候目标方面发挥关键作用。深部咸水层、油气藏和岩石构造等地质封存体的全球封存潜力已远超工业革命以来累积的人为碳排放总量。以中国为例，其沉积盆地所具备的封存能力足以容纳全国未来数十年内的预期碳排放量。尽管地质封存技术在能源与碳协同管理方面已展现出应用前景，但其大规模部署仍面临多项持续挑战，包括储层完整性保障、动态封存容量估算的不确定性、泄漏风险以及地质碳封存系统中长期监测与材料降解行为之间复杂的耦合关系。
CCUS-提高原油采收率（EOR）技术是当前最具可行性的CCUS技术路径之一，兼具提升能源产量与降低碳排放的双重效益。芮振华等系统阐述了控制CO2-EOR及地质封存过程的关键影响因素，包括储层物性、流体特性与操作参数等，并深入分析了影响能源产出效率和封存性能的多因素间耦合机制。在此基础上，他们提出了一种基于多目标优化的全生命周期、多尺度技术经济评价方法，为全面评估CCUS-EOR项目绩效提供了方法论支持。宋考平等则针对高含水油藏，提出一种通过增黏超临界CO2（scCO2）驱动提升采收率的新方法。他们借助分子动力学模拟优化合成路线，通过马来酸酐与苯乙烯对醋酸乙烯酯进行改性，成功制备出不含氟、硅的共聚物，并进一步探究了该增黏scCO2驱油体系提高采收率的潜在机理。此外，杜林等开发了一种适用于高温条件的新型分散颗粒凝胶悬浮液，为高温CCUS环境中的封窜作业提供了一种具有应用前景的技术解决方案。
在CCUS技术体系中，地质碳封存展现出显著的封存潜力。柴汝宽等通过开展矿物组成复杂砂岩中反应性多相流动的综合实验与微观分析，量化了由长石溶解和高岭石沉淀所驱动矿化作用导致的渗透率下降，为具有非均质矿物组成的砂岩地质体碳封存行为提供了关键基础数据。王香增等指出，在油藏中，CO2封存过程跨越驱油与关井后两个阶段，并随时间尺度延长而演化。该研究系统揭示了低渗透致密砂岩中CO2封存机制（包括构造、束缚、溶解与矿化封存）的多阶段演化规律，阐明其在连续注入与气水交替注入条件下，从早期以构造/束缚封存为主，逐步过渡至溶解封存主导，并最终趋向长期矿化封存的动态转化路径。孟思炜等聚焦页岩储层，深入分析了吸附与扩散作用对CO2封存的贡献，并在此基础上预测了大庆油田古龙页岩油藏未来的CO2封存潜力。赵金洲等的研究则量化了在裂缝性非常规储层中采用循环注入CO2方式所带来的双重碳封存潜力。通过耦合多场地质力学-地球化学建模，实现了在十年时间尺度上48.3%的长期封存效率。
油藏中CO2封存的安全性问题备受关注。樊欣等指出，在地质CO2封存过程中，scCO2-卤水环境中钢材-水泥界面腐蚀加剧，严重威胁井筒结构的完整性。在酸性介质与微生物共同作用下，腐蚀速率可达0.5 mm·a-1。研究进一步表明，scCO2的高反应性及其引发的多相相互作用是材料性能退化的关键诱因，而现有预测模型尚未充分考虑百年时间尺度下应力与微生物的协同作用机制。为应对上述挑战，樊欣等提出一套综合防控策略，包括采用铬-镍-钼（Cr-Ni-Mo）合金优化井筒材料、开发基于硅酸钙水合物（C-S-H）的自修复水泥体系以及构建融合实时地球化学监测数据的人工智能（AI）腐蚀预测模型。该集成方案旨在实现关键基础设施在CO2封存环境中超过50年的服役寿命。
CO2利用与封存构成CCUS产业链发展的关键路径。王波等基于煤基固体废弃物成功开发出CO2矿化充填材料，研究显示经15%浓度CO2处理后，该材料抗压强度达14.9 MPa，单位封存量为14.4 kg·t-1。通过利用不同废物的特异性反应活性（电石渣 > 赤泥 > 粉煤灰），复合废料体系预计可在中国实现每年123万吨的CO2减排。进一步分析表明，黄河流域约8.16 Gm3的采空区具备0.18 Gt的CO2封存潜力。该研究展现了工业脱碳、废物资源化与安全地质封存三者可扩展集成的可行路径。
本专题旨在推动富有成效的学术交流，激发具有针对性的深入研究，以把握本领域不断涌现的新机遇。尽管诸多挑战依然存在，但我们相信，通过学界的集体智慧与协同努力，必将实现具有实质意义的进展。在此，我们谨向贡献卓越研究的作者、付出辛勤指导的编辑以及通过建设性审稿意见提升论文严谨性的评审专家，致以诚挚的感谢。
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