海洋是地球上最大的碳库，其碳储存能力远高于陆地和大气，因此，开展海洋二氧化碳移除（marine Carbon Dioxide Removal, mCDR）成为减少二氧化碳排放的备选方案。6月4日，全球性倡议“可持续海洋经济高级别小组（Ocean Panel）”发布《负责任和有效的海洋二氧化碳移除开发与治理原则》蓝皮书，强调海洋二氧化碳移除（mCDR）在实现《巴黎协定》气候目标方面的潜在作用，提出需要解决围绕mCDR有效性、影响和成本的重大知识差距。海洋二氧化碳移除技术包括海水碱化增强（Ocean Alkalinity Enhancement, OAE）、营养施肥（Nutrient Fertilization）、人工上升流和下降流（Artificial Upwelling and Downwelling）、海藻养殖（Seaweed Cultivation）、生态系统修复（Ecosystem Recovery）、电化学过程（Electrochemical Processes）等。本文概述了以上6种mCDR技术方案，梳理了主要国家政策行动、近期研究进展以及未来研究重点，以期为未来海洋减排工作提供参考。
一、海洋二氧化碳移除技术
根据美国国家科学院、工程院和医学院（National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine）于2021年12月发布的《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）报告，6种mCDR技术方案如下：
（1）海水碱化增强：通过向海水中添加碳酸盐或硅酸盐等矿物提高海水碱度来增强海洋吸收和储存二氧化碳的能力。
（2）营养施肥：通过向海洋表面添加磷或氮等营养物质来增强浮游植物光合作用，从而加速海洋对二氧化碳的吸收以及表层向深海的碳转移。
（3）人工上升流和下降流：上升流将温度更低、营养更丰富和二氧化碳含量更高的深层海水带到海洋表面，刺激表层浮游植物生长，加快对大气中的二氧化碳的吸收。下降流则是将表层海水和碳转移到深海进行封存。
（4）海藻养殖：海藻的大规模养殖可以使其在生长过程中直接吸收表层溶解碳，也可以通过海洋生物泵将碳转移到深海或沉积物中。
（5）生态系统修复：通过保护与恢复沿海生态系统以及恢复鱼类、鲸鱼和其他海洋野生动物来实现碳移除和封存。
（6）电化学过程：通过在海水中通电引发海水裂解或电解，可以增加海水的酸度以释放出二氧化碳，也可以增加海水的碱度以增强二氧化碳封存能力。
二、主要国家政策行动
为了更好地了解和开展海洋二氧化碳移除行动，美国、欧盟、英国、新加坡和我国等进行积极部署。2023年3月，美国政府发布首个《海洋-气候行动计划》，提出到2030年，充分了解mCDR的有效性和利弊，并为其研究和实施制定政策和监管标准以及专门的碳核算标准；2024年11月，美国国家海洋与大气管理局（NOAA）和白宫科学技术政策办公室（OSTP）发布《国家海洋二氧化碳移除研究战略》，旨在推进对mCDR的效益、风险、平衡、安全等相关研究；2025年3月，美国国家科学院海洋研究委员会（National Academies Ocean Studies Board）成立海洋二氧化碳清除常务委员会，主要提供最新的和经过审查的mCDR信息。2023年6月，欧盟启动为期4年的“海洋二氧化碳移除评估战略”（SEAO2-CDR）项目，评估mCDR技术是否有效，考察环境和经济上的可行性，制定所需的机制、工具和指南。2025年4月，英国SeaCURE项目开始在英格兰南海岸进行小规模的二氧化碳移除试验，大规模应用后预计每年处理1%表层海水即可清除140亿吨碳。2024年2月，新加坡联合美国科技公司Equatic宣布建立全球最大的全尺寸海洋碳移除示范工厂—“Equatic-1”，建成后每年可移除3650吨的温室气体，Equatic的碳移除技术被《时代》杂志评为2023年最佳发明之一。2022年4月，焦念志院士领衔发起的“海洋负排放国际大科学计划（ONCE）”被列为联合国海洋科学促进可持续发展十年行动计划、联合国十年倡议计划框架中的国际大科学计划，目前，ONCE大科学计划获批成立国际标准化组织（ISO）“海洋负排放与碳中和”国际标准工作组（ISO TC8WG15），提出全球首个海洋领域碳中和国际标准提案《海洋负排放与碳中和——总则和要求》（ISO/NP 25283-1）。
三、研究进展
1、海水碱化增强对海洋食物网的影响微乎其微
2024年12月，德国亥姆霍兹海洋研究中心等机构团队利用离岸中尺度模拟装置（Kiel Off-Shore Mesocosms for Ocean Simulations）在北大西洋低营养水平海域开展了一项为期33天的碱化增强实验，通过添加不同浓度的碳酸钠和碳酸氢钠，模拟了从自然碱度到碱度翻倍的情景下，浮游动物群落对海洋化学环境变化的响应。结果表明，海水碱度增加会略微影响浮游动物所需食物的营养质量，但并未对其生物量、多样性或生产力产生显著影响，整个食物网在实验过程中较为稳定。研究人员表示，上述研究并不能说明OAE适用于所有海域，所选的低营养水平环境可能在一定程度上缓解了碱度变化带来的间接生态效应，还需在不同的海洋生境中测试各种形式的OAE技术。
2、国际研究组织计划重启有争议的海洋铁肥化技术
2024年9月，“探索海洋铁质方案（ExOIS）”研究组织就海洋铁肥化（Ocean Iron Fertilization, OIF）的潜在碳移除能力开展了评估研究。通过从东北太平洋的实地调查、全球及区域和实地调查的建模研究、多种铁的形态和投放方法的试验、评价对生态系统和其他非碳环境影响、社会科学及治理等角度的评估，指出OIF可以作为有效的mCDR技术之一，后续需要针对方法的实际利用进行实地研究。ExOIS希望最早于2026年，在约1万平方千米的东北太平洋海域进行实地试验。
3、人工上升流减少海洋二氧化碳排放的效果并不显著
2024年10月，德国亥姆霍兹海洋研究中心团队开展了中等排放情景下（RCP 4.5）的海洋-大气模拟实验，分别模拟了2025—2100年全球和区域人工上升流和OIF以及两种方法组合的碳移除能力。全球模拟结果表明，到2100年，人工上升流和OIF组合方法可以吸收约1030亿吨碳，其中，OIF的移除贡献达到950亿吨碳，而人工上升流并不会显著减少海洋二氧化碳，可能是因为500米以下深度海域营养水平低、模拟管道横截面无法改变、有机物养分恒定、铁质营养缺乏、排放情景限制等。区域模拟结果也表明，OIF是海洋碳储量增加的主要贡献力量，人工上升流反而会产生减少碳储量的负面影响。
4、海藻养殖场的碳埋藏速度与天然蓝碳栖息地相当
2025年1月，沙特阿拉伯阿卜杜拉国王科技大学等机构团队利用核技术首次量化了分布于全球各洲11个国家的20个海藻养殖场的碳埋藏能力。研究表明，海藻养殖场有着与天然蓝碳栖息地相当的碳埋藏速度，每公顷场地的平均有机碳埋藏率约为1.87±0.73吨二氧化碳当量/年，碳埋藏量相当于海草和红树林沉积物平均碳封存量的39%和33%。随着养殖场年份的增加，养殖场沉积层的厚度及有机碳储量也在增加，经营时间10年左右的欧洲和北美的养殖场沉积层厚度约0~1.1厘米，而运营320年的日本东京湾海藻养殖场的沉积层厚度达到369厘米，每公顷场地的沉积碳高达140吨碳。
5、氯化物介导的无膜方法为海洋二氧化碳移除提供经济的解决方案
2023年2月，美国麻省理工学院和韩国梨花女子大学的联合团队研发出一种铋和银电极组成的电化学系统，使得氯介导的电化学酸碱调节成为可能，可以在不需要昂贵双极膜的情况下，有效移除海水中的二氧化碳。系统串联运行后，一组电极用于酸化海水，将溶解的无机碳酸氢盐转化为分子二氧化碳，酸化的海水输入另一组电极后经过碱化处理再释放回大海。系统可以连续运行10小时，海洋无机碳移除效率约为87%，能耗低至122千焦/摩尔，移除成本仅为56美元/吨。这一技术被国际纯粹与应用化学联合会（IUPAC）评为2023年“化学领域十大新兴技术”之一。
四、未来研究重点
mCDR技术仍然处于相对早期的发展阶段。根据美国国家科学院等发布报告、海洋环境保护科学问题联合专家组（GESAMP）研究报告、全球性倡议组织蓝皮书，未来6种mCDR技术研究应聚焦于如何开展部署以及实施后对海洋生物及生境、沿海和陆地环境的影响等：
（1）海水碱化增强。开展OAE方法的技术可行性和准备水平研究；开发中试规模的相关设施，解决最佳部署位置如何确定的问题；探索海水碱度增强对海洋生物个体和群落结构的影响；研究真光层和海洋深处的生物地球化学过程及其生态响应；全面评估和缓解矿物添加对海洋环境产生的影响；开展与实验室和中试规模试验相关的社会治理以及环境伦理研究。
（2）营养施肥。开展提高营养物质的生物利用度以及移除技术持久性研究；改进监测技术，跟踪营养物质对海洋二氧化碳以及海洋生物地球化学过程和食物链的影响；研究如何通过食物网响应最大限度地发挥营养施肥技术的碳封存潜力；了解营养施肥是否影响海洋营养水平和下游生态系统；海洋低营养环境对营养施肥的响应；研究《防止倾倒废物及其他物质污染海洋的公约》是否足以监管营养施肥技术的研究与最终部署，探索建立最佳行为准则。
（3）人工上升流和下降流。研发耐用的海水泵送系统，使系统维持数月或数年，并防止负浮力、营养丰富的深层海水立即从真光层泄出；评估在全球和区域开展人工上升流和下降流部署的碳移除潜力；跟踪上升和下降过程中的碳通量变化；了解海洋表层浮游生物种群对深层海水输入的响应；研究微生物群落对营养物质扰动的生物反应；开发自主和远程方法用于评估移除技术与生物碳泵的耦合关系。
（4）海藻养殖。改进现有种植技术，确定最佳种植区域评选方法，实现具有成本效益的大规模海藻养殖和收获；评估大规模海藻养殖和储存对环境和海洋生物的影响；验证与监测规模化海藻示范养殖的碳移除潜力；在不造成大量碳损失的前提下，研发出将收获的海藻输送到深海或海底的方法；海藻及其副产品的生命周期排放评估及其长期存活预测。
（5）生态系统修复。估计自然生态系统和海洋生态系统之间的碳储量变化；评估生态系统层面的保护与恢复是否适用于mCDR；监测海洋保护区碳储量及其时空变化，预估到2050年，海洋保护和海洋保护区每年的碳封存潜力；大型藻类面对温度上升和气候扰动的脆弱性；测量大型藻类碎屑产量，用于估计大型藻类颗粒有机碳封存情况；加深人为干扰对底栖生物群落的影响研究以及不同保护措施下的潜在变化理解；估计海洋物种间的碳相互作用；进一步研究渔业排放、鱼类种群和生态功能对沉积碳的影响。
（6）电化学过程。研发耐用、持久且具有成本效益的电极和膜材料，建立基于膜或无膜的最佳反应系统；评估天然矿物质对电化学系统的影响；探索大规模实施电化学方法的部署速度及其可能性；研究反应过程生成的含酸废物处理方法及其环境影响；量化电化学过程中产生的氯气或其它废气；探究组合方法或优化反应过程以降低成本。
此外，为了确保mCDR的有效性、透明度和可重复性，还需建立标准化、准确和可靠的监测、报告与核查（MRV）体系，全面报告与评估mCDR的移除能力和持久性等。