近日，山东大学海洋研究院刘纪化教授团队在环境科学和可持续发展领域权威期刊Journal of Cleaner Production（中科院一区TOP期刊，IF=9.8）发表题为“Alkalinity Factory Can Achieve Positive Climate Benefits within Decades”的研究论文。该研究首次提出并系统评估了基于橄榄石的海洋碱度增强系统（Marine Alkalinity Reinforcement System - MARS）的碳移除潜力与全生命周期环境效益，为海水碱化负碳排放技术提供了关键理论支撑。该论文第一作者为山东大学博士研究生燕清林，通讯作者为刘纪化教授，山东大学是论文第一及通讯单位。
图1.海洋碱度增强系统的全生命周期运行框架
海洋碱度增强（Ocean Alkalinity Enhancement）是当前最具潜力的碳移除技术之一，但目前提出的实施路径（如海滩风化、远海抛洒、污水碱化等），存在碳汇监测困难、生态风险不可控等问题。本研究突破传统维度，创新性的提出基于增汇装备的“海洋碱度增强系统（Marine Alkalinity Reinforcement System - MARS）”。MARS通过封闭式设计实现碱度生成的按需控制和碳汇监测核证的系统前置，有效管控了橄榄石溶解过程中潜在的重金属（如镍、铬等）释放，显著降低了监测成本与重金属等生态风险。研究团队结合生命周期评估（Lifecycle Assessment）与碳回收模型，重点量化了海洋碱度增强系统（MARS）在不同配置下的碳移除效率与环境成本，填补了该领域的研究空白。
研究表明，单个海洋碱度增强系统（MARS）在其生命周期内可实现909.4吨碳汇；在系统最优配置下，碳回收期最低可至1年。理论推导，若建设1676公顷的MARS碱化工厂（相当于6座特斯拉全球工厂占地面积总和），至2100年将从大气中移除约16亿吨的二氧化碳。
图2.海洋碱度增强系统在不同参数配置下的二氧化碳移除量
值得指出的是，海洋碱度增强系统（MARS）通过装备回收与可再生能源利用，可进一步削减碳排放，为产业应用提供了兼具效率与可持续性的技术路径。
从未来气候产业的视角，MARS在核电站冷却水处理、污水处理厂等场景中具备规模化应用潜力，其封闭系统设计可兼容现有工业设施，为《巴黎协定》目标提供可验证的碳移除方案。MARS系统支持对碱性矿物潜在释放重金属（如镍、铬）进行有效的监测、核查与管理，并为未来集成有价金属回收模块提供了关键平台，从而全面提升海洋碱度增强方案的可行性与可持续性。
作为海水碱化负排放领域的标志性成果，相关研究得到了海洋负排放国际大科学计划（ONCE）、南方海洋科学与工程广东实验室（珠海）项目（SML2020SP004）及山东省重点研发项目（2020ZLYS04）的联合支持。海洋碳汇过程机制和负碳排放技术研究是海洋研究院的重点研究方向，刘纪化教授团队长期深耕该领域，始终围绕国家“双碳”战略和海洋强国建设需求开展科研攻关，通过深入推进ONCE计划实施，持续强化山东大学在海洋碳负排放领域的学科优势与责任担当。
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