海洋低碳技術，海洋覆蓋地球表面的70.8%，是地球上最重要的“碳匯”聚集地。據目前測算，地球上每年使用化石燃料所產生的二氧化碳約13%為陸地植被吸收，35%為海洋所吸收，而其餘部分暫留存於大氣中。利用海洋的固碳作用，發展海洋低碳技術，對實現我國40%～45%的減排戰略目標至關重要。海洋在調節全球氣候變化，特別是吸收二氧化碳等溫室效應氣體方面作用巨大。
基本介紹
- 中文名：海洋低碳技術
- 固碳機理：物理泵、生物泵
- 固碳方式：海洋物理固碳、深海封侯骨炭等
- 低碳技術：大力發展海洋可再生能源技術
概念,碳匯能力,固碳機理,物理泵,生物泵,固碳方式,海洋物理固碳,深海封儲固碳,海洋生物固碳,海濱濕地固碳,低碳技術,
概念
人類活動每年向大氣排放的二氧化碳總量達55億噸，其中約20億噸被海洋所吸收，陸地生態系統僅吸收7億噸左右。通過增加海洋的碳匯能力，發展海洋低碳技術，可以在一定程度上緩解化石能源消費造成的全球氣候變化問題，將進一步推進我國經濟結構調整，轉變經濟成長方式，有利於建設資源節約型、環境友好型社會。
碳匯能力
地球上的碳元素主要存在於大氣圈、水圈、、生物圈中。雖然全球的碳元素主要以碳酸鹽岩石的形式存在於地殼中，但其中的碳元素幾乎處於靜止狀態，較少參與碳循環。所以，海洋是除地質碳庫外最大的碳庫，也是參與大氣碳循環最活躍的部分之一，海洋的固碳能力約為4000萬億噸，年新增儲存能力約5億～6億噸，碳元素在海洋中主要以顆粒有機碳、溶解有機碳和溶解無機碳三種主要形態存在。
海洋低碳技術
海洋在調節全球氣候變化，特別是吸收二氧化碳等溫室氣體效應方面作用巨大。人類活動每年向大氣排放的二氧化碳總量達55億噸，其中約20億噸被海洋所吸收，陸地生態系統僅吸收7億噸左右。溫室氣體引起的全球氣候變化，備受國際社會關注。雖然目前就大氣中碳濃度增加是否造成全球溫度的升高，以及是否會影響到未來的氣候變化等問題，在學術界中還存在著廣泛的爭議。但可以確認：二氧化碳是碳元素在自然界“碳庫”之間傳輸的最主要形式，是人類活動影響氣候的最重要的溫室氣體。因此，通過增加海洋的碳匯能力，發展海洋低碳技術，可以在一定程度上緩解化石能源消費造成的全球氣候變化問題，將進一步推進我國經濟結構調整，轉變經濟成長方式，有利於建設資源節約型、環境友好型社會。
通常把吸收大氣二氧化碳的區域稱為“碳匯”，反之，向大氣釋放二氧化碳的區域稱為“碳源”。二氧化碳在較短時間尺度上（譬如幾年甚至幾十年）的聚集存儲稱為“碳匯聚”。在較長時間尺度上（譬如千年以上量級）穩定聚集存儲稱為“碳固定”。研究表明，自20世紀70年代以來，全球海洋一直是大氣二氧化碳的“淨匯”。但海洋吸收或釋放二氧化碳的能力在不同海域中是非常不均勻的，赤道太平洋是最大的海洋二氧化碳“源”。其原因是該區域富含二氧化碳的水體上升，水溫升高，造成海水中二氧化碳向大氣釋放。全球海洋主要的碳匯區分布在較冷的大洋區域。表層海水溫度越低，其吸收二氧化碳的能力越強，碳匯的強度也就越大。北大西洋、北太平洋是大氣二氧化碳最重要的碳匯地，原因在於墨西哥灣流和北大西洋暖流將溫暖的表層海水向北輸送，海水逐漸變冷，從而不斷從大氣中吸收二氧化碳。南大洋是另一個重要的二氧化碳匯聚區域，那裡同樣存在寒冷的表層水沉降，且生物生產力較高。由於南大洋上空的持續強風使該海區成為一個完美的溫室氣體吸收器，南大洋僅占全球海洋面積的6%，但吸收的二氧化碳卻占到海洋吸收總量的40%。
中國臨近的渤海、黃海、東海和南海按自然疆界為473萬平方公里，其海洋生態系統的區域碳循環在全球碳循環過程中占有重要地位。以年為尺度，渤海、黃海、東海、南海均表現為大氣二氧化碳的“匯”。海洋科技界比較公認的研究結果為：渤海每年可從大氣中吸收284萬噸碳，黃海每年吸收900萬噸左右，東海可吸收2500萬噸，南海可達到2億噸左右。
固碳機理
海洋與大氣中二氧化碳的界面交換決定於氣體分壓規律，二氧化碳從高分壓向低分壓界面轉移，而且氣體在水中的溶解度隨水溫降低而升高。因此，海洋在低溫水域，大氣二氧化碳分壓高於表層海水，並藉助風驅動的波浪攪動作用，二氧化碳從大氣進入海水，在海水中以二氧化碳—碳酸鹽體系的形式存儲，形成海洋的碳匯；而在高溫水域，表層海水二氧化碳分壓高於大氣二氧化碳的分壓時，二氧化碳從海水釋放到大氣，形成海面碳源。
物理泵
海—氣界面的氣體交換過程以及二氧化碳從海洋表面向深海輸送的水動力過程稱為“物理泵”。物理泵作用受控于海洋的熱鹽環流及洋流的緯度和季節變化。在高緯度海域，特別是北大西洋和南大洋，寒冷並且密度較大的“冷水團”吸收該區域中大氣的二氧化碳，並在物理作用下沉到深海。這些下沉的二氧化碳隨著大洋環流，到達低緯度海區。在赤道海域，來自高緯度海域的“冷水團”隨著上升流上升，將下層一部分較高二氧化碳濃度的低溫海水帶到表層，因氣溫高而使海水溫度升高變成“暖水團”，導致這一區域表層海水二氧化碳分壓升高，因此會有部分二氧化碳釋放到空氣中。
生物泵
生物泵每年通過深海沉降作用儲存約3億噸的碳
二氧化碳進入海水體系後，浮游植物通過光合作用，吸收海水中的二氧化碳而生長繁殖，將其由無機碳轉化為生物肌體的有機碳，這些有機碳一部分隨生物死亡後沉入海底，形成“生物軟泥”；一部分通過食物鏈被逐級轉移至其他動物體內，這些海洋動物在生命過程及死亡過程中形成顆粒有機碳，在沉積過程中，部分顆粒有機碳經真菌或細菌的分解又轉化為水中的有機碳，進入海洋再循環，大部分則被沉積埋藏在深海里。這種由生物進行的有機碳生產、消費、傳遞、沉降、分解、沉積等系列過程實現的“碳轉移”即稱之為“生物泵”。海洋中的生物鈣化外殼（扇貝、牡蠣、鮑魚等）、骨骼中的碳酸鈣、造礁珊瑚沉積以及生物肌體的顆粒有機碳，在生物死亡後實現的碳轉移，也屬於生物泵的範疇。
固碳方式
海洋物理固碳
通過海洋物理泵的作用，能夠使海水中的二氧化碳—碳酸鹽體系向深海擴散和傳遞，最終形成碳酸鈣（CaCO3），沉積于海底，形成鈣質軟泥，從而起到固碳作用。
此外，水體溫度的變化會影響海水中二氧化碳的溶解度，二氧化碳的溶解度隨溫度的降低而升高。因此，冬春季海水低溫期是吸收二氧化碳的“碳匯期”。碳在海流的作用下不斷被帶入深海，在深海長期儲存，達到固碳的目的。
此外，水體溫度的變化會影響海水中二氧化碳的溶解度，二氧化碳的溶解度隨溫度的降低而升高。因此，冬春季海水低溫期是吸收二氧化碳的“碳匯期”。碳在海流的作用下不斷被帶入深海，在深海長期儲存，達到固碳的目的。
深海封儲固碳
由於化石燃料，尤其煤炭仍是我國最主要的能源燃料，為達到我國二氧化碳減排承諾和應對國際貿易可能出現的“碳關稅”，解決措施之一就是尋求能夠長期大量存儲二氧化碳的地方與方法。科學研究發現，在深海注入的二氧化碳會與水形成一種水化物，外面形成一層固態的外殼，這層外殼限制了二氧化碳與海水的接觸；當海水深度大於3000米時，液態二氧化碳表面能形成穩定的水化物外殼，這種方式儲藏的氣體將足以應對最嚴重的地震或其他地球劇變，能夠保證幾千年“安全無逃逸”。
要實現深海注入，首先要解決的問題就是廢氣中二氧化碳的收集，主要是利用胺溶劑“洗滌”排放的廢氣，利用專門的二氧化碳隔離裝置能收集98%左右的二氧化碳，然後將其液化壓縮，再由延伸至海洋深處的管道送至深海隔離。由於液態二氧化碳的比重大于海水，因此經由管道送入深海後，液態二氧化碳會自動下沉到海床部分。在深海水壓之下，液態二氧化碳會沉積不動。專家們預計隔離在深海海底的液態二氧化碳可以穩定隔離2000年以上。因此將二氧化碳注入深海是未來最理想的儲藏方法。
要實現深海注入，首先要解決的問題就是廢氣中二氧化碳的收集，主要是利用胺溶劑“洗滌”排放的廢氣，利用專門的二氧化碳隔離裝置能收集98%左右的二氧化碳，然後將其液化壓縮，再由延伸至海洋深處的管道送至深海隔離。由於液態二氧化碳的比重大于海水，因此經由管道送入深海後，液態二氧化碳會自動下沉到海床部分。在深海水壓之下，液態二氧化碳會沉積不動。專家們預計隔離在深海海底的液態二氧化碳可以穩定隔離2000年以上。因此將二氧化碳注入深海是未來最理想的儲藏方法。
海洋生物固碳
藻類固碳。地球上的光合作用90%是由海洋藻類完成的。海藻能夠有效地利用太陽能，通過光合作用固定二氧化碳，將無機碳溶解轉化為有機碳，並且，在其初級生產過程中，還需從海水中吸收溶解的營養鹽，如硝酸鹽、磷酸鹽，這使得表層水的鹼度升高，將進一步降低水體中二氧化碳的分壓。這兩個過程促使海洋與空氣界面兩側的二氧化碳分壓差加大，促進大氣二氧化碳向海水中擴散，使海水吸收更多的二氧化碳。目前，大規模人工養殖的海藻已成為淺海生態系統的重要初級生產力。研究表明，海洋大型藻類養殖水域面積的淨固碳能力分別是森林和草原的10倍和20倍。據計算，每生產1噸海藻，可固定二氧化碳1.1噸。
近幾年，我國大型海藻養殖產量每年在120萬～150萬噸左右（乾重），換算為固碳量為36萬～45萬噸/年（折合固二氧化碳當量為132萬～165萬噸/年）。2010年我國大型經濟藻類的固碳量有可能達到57萬噸（折合固二氧化碳量為209萬噸）。
珊瑚礁固碳。熱帶海洋中廣泛發育的珊瑚礁是地質歷史上石灰岩的最主要物質來源，也是現代海洋中最重要的固碳生物群。澳大利亞的大堡礁全世界聞名，我國從廣東、廣西近海一直到南沙群島發育著大量的海底珊瑚礁。珊瑚群落的繁盛需要兩個最重要的條件，一是海水的溫度高，水溫常年在20℃以上最適宜珊瑚的生長；二是光照條件好，海水清澈透明，陽光淺海是珊瑚生長的必要條件。珊瑚礁體主要成分是碳酸鈣，珊瑚蟲的肌體主要是有機碳。同時，珊瑚礁又是各種藻類發育的良好藻床，也是各類底棲、浮遊動物的繁育生長場所，因此珊瑚礁的固碳作用非常巨大。隨著海平面變化，珊瑚蟲死亡後，其礁體被埋藏後可直接轉換成石灰岩，成為永久固碳的最佳方式。
貝類固碳。海洋貝類，包括牡蠣、扇貝、蛤蜊、海螺、鮑魚等等都是通過濾食水體中的懸浮顆粒有機碳，而促進其軟體組織的生長，並由軟體組織的外套膜分泌物形成貝殼，貝殼在形成過程中與海水中的化學元素髮生一系列變化，其成分中碳酸鈣約占95%，貝類表現出軟體組織生長和貝殼形成兩種固碳方式。養殖貝類貝殼重量約占總重的60%，海洋中生產1噸貝類，僅貝殼就可固定二氧化碳當量0.25噸。貝類的濾食系統十分發達，有著極高的濾水率，能夠吸食上覆水中的浮游植物及顆粒有機物質。
我國養殖貝類是海水養殖的主要品種，占整個海水養殖產量的70%以上，總產已達每年1200萬噸左右，穩居世界第一位，換算為固碳量為70萬噸（折合二氧化碳為251萬噸）。
海洋生態體系固碳。海洋上層的浮游植物通過光合作用生長繁殖，將二氧化碳轉化為自身肌體的組成部分；隨後在植物→濾食動物→肉食動物的生物鏈演進過程中，通過生物代謝和死亡，形成顆粒碳沉積到深層海洋。大部分則被沉積物埋藏在深海里。據研究，從有機碳小顆粒到生物糞便的形式轉化，加快了懸浮顆粒物質在水體中向底層的垂直運移，被認為是碳從海洋淺層向海底輸送的主要途徑之一。據估計，約有12000萬億噸二氧化碳以有機沉積物的形式存在於海底。
廉價微量元素增強海洋生物固碳。研究證明，向海洋表面投放鐵礦渣等營養物，以鐵充當肥料，可以刺激海洋浮游生物生長，達到吸收周圍海水中二氧化碳的目的。美國浮游生物公司在太平洋灑下100噸鐵粉，成功地使浮游生物大量繁殖。據估算，增加1噸鐵粉就可以消除海洋中多達10萬噸的二氧化碳。觀測表明，用硫酸鐵“施肥”可使單細胞浮游藻類大量繁殖，而且這些藻類在連續生長3周后開始死亡，死去的浮游藻類陸續沉到大洋深處。藻類的死亡和下沉就相當於大氣中的二氧化碳被“固定”到了海底。隨著單細胞浮游藻類的繁盛，食物鏈上的海洋動物也會更好地生存繁殖，不僅數量上升，而且生長得更快。
近幾年，我國大型海藻養殖產量每年在120萬～150萬噸左右（乾重），換算為固碳量為36萬～45萬噸/年（折合固二氧化碳當量為132萬～165萬噸/年）。2010年我國大型經濟藻類的固碳量有可能達到57萬噸（折合固二氧化碳量為209萬噸）。
珊瑚礁固碳。熱帶海洋中廣泛發育的珊瑚礁是地質歷史上石灰岩的最主要物質來源，也是現代海洋中最重要的固碳生物群。澳大利亞的大堡礁全世界聞名，我國從廣東、廣西近海一直到南沙群島發育著大量的海底珊瑚礁。珊瑚群落的繁盛需要兩個最重要的條件，一是海水的溫度高，水溫常年在20℃以上最適宜珊瑚的生長；二是光照條件好，海水清澈透明，陽光淺海是珊瑚生長的必要條件。珊瑚礁體主要成分是碳酸鈣，珊瑚蟲的肌體主要是有機碳。同時，珊瑚礁又是各種藻類發育的良好藻床，也是各類底棲、浮遊動物的繁育生長場所，因此珊瑚礁的固碳作用非常巨大。隨著海平面變化，珊瑚蟲死亡後，其礁體被埋藏後可直接轉換成石灰岩，成為永久固碳的最佳方式。
貝類固碳。海洋貝類，包括牡蠣、扇貝、蛤蜊、海螺、鮑魚等等都是通過濾食水體中的懸浮顆粒有機碳，而促進其軟體組織的生長，並由軟體組織的外套膜分泌物形成貝殼，貝殼在形成過程中與海水中的化學元素髮生一系列變化，其成分中碳酸鈣約占95%，貝類表現出軟體組織生長和貝殼形成兩種固碳方式。養殖貝類貝殼重量約占總重的60%，海洋中生產1噸貝類，僅貝殼就可固定二氧化碳當量0.25噸。貝類的濾食系統十分發達，有著極高的濾水率，能夠吸食上覆水中的浮游植物及顆粒有機物質。
我國養殖貝類是海水養殖的主要品種，占整個海水養殖產量的70%以上，總產已達每年1200萬噸左右，穩居世界第一位，換算為固碳量為70萬噸（折合二氧化碳為251萬噸）。
海洋生態體系固碳。海洋上層的浮游植物通過光合作用生長繁殖，將二氧化碳轉化為自身肌體的組成部分；隨後在植物→濾食動物→肉食動物的生物鏈演進過程中，通過生物代謝和死亡，形成顆粒碳沉積到深層海洋。大部分則被沉積物埋藏在深海里。據研究，從有機碳小顆粒到生物糞便的形式轉化，加快了懸浮顆粒物質在水體中向底層的垂直運移，被認為是碳從海洋淺層向海底輸送的主要途徑之一。據估計，約有12000萬億噸二氧化碳以有機沉積物的形式存在於海底。
廉價微量元素增強海洋生物固碳。研究證明，向海洋表面投放鐵礦渣等營養物，以鐵充當肥料，可以刺激海洋浮游生物生長，達到吸收周圍海水中二氧化碳的目的。美國浮游生物公司在太平洋灑下100噸鐵粉，成功地使浮游生物大量繁殖。據估算，增加1噸鐵粉就可以消除海洋中多達10萬噸的二氧化碳。觀測表明，用硫酸鐵“施肥”可使單細胞浮游藻類大量繁殖，而且這些藻類在連續生長3周后開始死亡，死去的浮游藻類陸續沉到大洋深處。藻類的死亡和下沉就相當於大氣中的二氧化碳被“固定”到了海底。隨著單細胞浮游藻類的繁盛，食物鏈上的海洋動物也會更好地生存繁殖，不僅數量上升，而且生長得更快。
海濱濕地固碳
濕地是地球上具有獨特功能的生態系統，在全球碳循環中發揮著重要作用。濕地在植物生長、促淤造陸等生態過程中積累了大量的無機碳和有機碳。加上濕地土壤水分呈過飽和狀態，具有厭氧的生態特性，因此土壤微生物以嫌氣菌類為主，活動相對較弱，濕地積累的碳形成了富含有機質的濕地土壤。因此濕地具有較高的固碳潛力。全球沿海濕地的分布面積大約為20.3萬平方公里，而沿海濕地每年碳的固定量約為45000萬噸。並且沿海濕地大量存在的硫酸根阻礙了甲烷的產生，從而降低了甲烷的排放量。高的碳積累速率和低的甲烷排放量，使沿海濕地大氣溫室效應的抑制作用更加明顯。
我國濱海濕地面積約為6萬平方公里，常見的濱海濕地有河口三角洲、灘涂、紅樹林、珊瑚礁等。在沿海鹽沼，大米草和互花米草是主要的植物類型。它們作為固堤造陸植物引入我國，如今已遍及沿海鹽沼。漲潮水流經過植物群落後，水流能量大量減弱，水中所攜帶的大量顆粒物沉降，而在落潮初期的水流速度小，無法使灘面沉積物發生再懸浮，加大了沿海鹽沼的沉積速率，從而實現了固碳的目的。
低碳技術
我國雄踞太平洋西岸，擁有遼闊的藍色國土，大力發展海洋低碳技術，引領支撐海洋低碳經濟勢在必行。根據目前的海洋科技支撐能力和海洋資源特點，發展我國的海洋低碳技術主要包括：海洋可再生能源開發技術、海洋碳匯漁業技術、海底森林修復技術、濱海濕地整治技術和海水綜合利用技術等五大方面。
大力發展海洋可再生能源技術
海洋能源通常指海洋中所蘊藏的可再生的自然能源，主要包括：海洋水動力能源，如潮汐能、海流能、波浪能；海洋物理能源，如海水溫差能，海洋上空風能、海洋表面的太陽能；海洋化學能，如海水鹽差能；海洋生物能源，如海洋藻類能源。海洋能源非常豐富，普遍存在於浩瀚的大海中。據估計，蘊藏在海岸線附近、技術上允許利用的海洋水動力能量就達64億千瓦，是當前世界電站總裝機容量的兩倍。
首先是海洋水動力能源。它包括潮汐能、海流能和波浪能。
潮汐因月球引力的變化引起，潮汐導致海平面周期性地升降，因海水漲落及潮水流動所產生的能量稱為潮汐能。潮汐能是以勢能形態出現的海洋能，是指海水潮漲和潮落形成的水的勢能與動能。
潮汐發電與普通水利發電原理類似，在漲潮時將海水儲存在水庫內，以勢能的形式保存，然後，在落潮時放出海水，利用高低潮位之間的落差，推動水輪機旋轉，帶動發電機發電。我國沿岸總體上屬於規則的“半日潮”，近海的潮汐能主要集中在沿岸和海灣區域，潮汐能分布與平均潮差的分布一致，具有重要的開發利用價值。
海流能是指海水流動的動能，主要是指海底水道和海峽中較為穩定的流動以及由於潮汐導致的有規律的海水流動。海流能的能量與流速的平方和流量成正比。相對波浪而言，海流能的變化平穩且有規律。一般來說，最大流速在2米/秒以上的水道，其海流能均有實際開發的價值。
其發電的原理為：利用海洋中沿一定方向流動的海水的動能發電，海流發電裝置的基本形式與風力發電裝置類似，故又稱為“水下風車”。當海流流過水輪機時，在水輪機的葉片上產生環流，導致升力，因而對水輪機的軸產生扭矩，推動水輪機葉片的轉動，故可驅動電機發電。
波浪能是指海洋表面波浪所具有的動能和勢能。波浪的能量與波高的平方、波浪的運動周期以及迎波面的寬度成正比。波浪能是一種密度低、不穩定、無污染、可再生、儲量大、分布廣、利用難的能源。其關鍵技術問題主要包括波浪的聚集與相位控制技術；波能裝置的波浪載荷技術；波能裝置建造與施工中的海洋工程技術；不規則波浪中的波能裝置的運行最佳化技術；往複流動中的透平研究等。
全世界波浪能的理論估算值為100億千瓦量級，中國沿海理論波浪年平均功率約為1300萬千瓦。我國波力發電技術研究始於20世紀70年代，小型岸式波力發電技術已進入世界先進行列，航標燈所用的微型波浪發電裝置已日趨商品化。在珠江口大萬山島上研建的岸邊固定式波力電站，第一台裝機容量3千瓦的裝置早在1990年就已試發電成功，總裝機容量20千瓦的岸式波力試驗電站和8千瓦的擺式波力試驗電站也試建成功。2009年3月，我國第一座漂浮式海浪能發電站在浙江溫州近海開始建設，建成後年發電量可達10億千瓦時，年收入達到5億元。這意味著我國實現了海浪發電的技術突破。
其次是海洋物理能源，包括海洋風能、海水溫差能、海洋化學能源和海洋生物質能源。
海洋風能是指海洋表面大量空氣流動所產生的動能。風能資源是新能源領域中技術最成熟、最具規模開發條件和商業化發展前景的發電方式之一。風電成本僅次於火電，這使得大面積推廣成為可能。目前風力發電的成本僅為煤電的2倍、每千瓦時為0.45～0.6元之間。由於海上風時長、風區廣、風力大，所以，一台同樣功率的海洋風電機在一年內的產電量，能比陸地風電機提高70%。
海水溫差能是指海洋表層海水和深層海水之間水溫差的熱能。海洋的表面把太陽的輻射能轉化成為熱水並儲存在海洋的上層，但深層海水（通常1000米左右）接近零攝氏度，這樣，在熱帶或亞熱帶海域終年形成20攝氏度以上的垂直海水溫差。利用這一溫差可以實現熱力循環並發電。根據中國海洋水溫測量資料，中國海域的溫差能約為1500萬千瓦，其中99%在南中國海。南海的表層水溫年均在26攝氏度以上，深層水溫（800米深處）常年保持在5攝氏度左右，溫差為21度，屬於溫差能豐富區域。
海洋溫差發電主要採用開式和閉式兩種循環系統。其關鍵技術問題和困難是：溫差太小，能量密度太低。溫差能轉換的關鍵是強化傳熱技術。同時，溫差能系統的綜合利用，還是一個多學科交叉的系統工程問題。所以，就目前情況來說，其商業化開發尚待時日。
海水中氫的同位素氘和氚，在一定條件下，它們的原子核可以互相碰撞而聚合成一種較重的原子核，同時把核中貯存的巨大能量釋放出來。這就是核聚變。海水中氘的含量為十萬分之三，即1升海水中含有0.03克氘。這0.03克氘聚變時釋放出的能量相當於300升汽油燃燒的能量，因此，人們用“1升海水=300升汽油”來形容海洋中核聚變燃料儲藏的豐富。但就受控熱核聚變技術來說，還僅僅局限於國際組織領導下的科研階段，離實際開發利用相距甚遠。因此，這裡海洋化學能源只討論鹽差能技術。
海洋鹽差能是指海水和淡水之間含鹽濃度不同的化學電位差能，是以化學能形態出現的海洋能，主要存在於河海交匯處。我國的鹽差能估計為1100萬千瓦，主要集中在各大江河的入海口。
鹽差能是海洋能中能量密度最大的一種可再生能源。通常海水（3.5%鹽度）和河水之間的化學電位差有相當於240米水差的能量密度，這種位差可以利用半滲透膜在鹽水和淡水交接處實現。利用這一水位差就可以直接由水輪發電機發電。其關鍵技術問題是：滲透壓式鹽差能發電系統的關鍵技術是膜技術和膜與海水介面間的流體交換技術。特別是半透膜的滲透流量需要在目前水平的基礎上再提高一個數量級，才有可能實現商業化。
生物質能是指直接或間接通過植物光合作用，將太陽能以化學能的形式貯存在生物質體內的一種能量形式，作為生物質能載體的生物質資源極其豐富，而且生物質能被認為是一種二氧化碳零排放的能源。所以，成為全球可再生能源的重要熱點。
海洋是地球上尚未開發利用的最大生物質資源領域。藻類作為一種數量巨大的可再生資源，是生產生物質能源的重要原料資源。地球上的生物每年通過光合作用可固定800億噸碳，僅海洋中的藻類，產生的生物質總量就達550億噸。
微藻能源。微藻種質資源豐富，世界各地報導的海洋微藻超過4000種，具有光合作用效率高、生物產量高、生長繁殖快、生長周期短和自身合成油脂等特點。
上世紀90年代，美國推出“微型曼哈頓計畫”，發展海洋微藻能源技術。已開發出海洋工程微藻，建立了主要包括綠藻和硅藻的富油微藻庫。其中工程小環藻的脂質含量超過60%，推算每畝年產1～2.5噸柴油，為高油脂藻種培育開闢了一條新技術途徑。美國科學家推算，微藻產油可望有效解決能源危機，利用20萬公頃的沙漠培養微藻，每年可生產75億加侖生物柴油，而利用15%的索諾拉沙漠面積即可生產出足夠的生物柴油來滿足美國交通業的需求。
海洋微藻柴油開發技術具有顯著的特點和巨大的商業開發價值。一是可工程培養海洋微藻，能大量固定二氧化碳。二是微藻熱解所得生物質燃油熱值高，生產的能源不含硫，燃燒時不排放有毒有害氣體，不污染環境。三是產油率高，微藻含有較高的脂類(20%～70%)、可溶性多糖等，可用於生產生物柴油或乙醇。四是光合作用效率高（倍增時間約3～5天），一周就可收穫一代，因此產量極高。五是易於加工，微藻沒有葉、莖、根，不產生無用生物量。六是不占用可耕地，與陸地能源植物相比，發展海洋微藻不占用農田。
大藻能源。以海帶為代表的大型藻類可以製造燃料乙醇。目前以海帶為原料，在實驗室條件下，通過微生物發酵過程，已建立起海帶生產乙醇的工藝流程。大型海藻生物質能開發具有一定的優勢：一是產量高，可大規模栽培。二是不占用土地與淡水資源，可以避免生物質能開發對糧食安全的影響。三是大型海藻的栽培可以有效吸收二氧化碳和富營養化元素，抑制赤潮發生。四是大型海藻木質素含量比陸地植物少得多，藻體柔軟、機械強度不高，因此容易被破碎和消化從而可以降低燃料乙醇的生產成本。五是整個藻體均可用於生物質能源開發，剩餘的原料可以進行綜合利用。
我國海域可用來發展海藻生物質能源的空間十分廣闊。按2.5噸(乾重)/畝的大型海藻、微藻產量計算，利用我國1%的海域培養大型海藻就可以生產1.3億噸乙醇，可以替代20%的現有石油需求，減少5.5%的二氧化碳排放；利用11%左右的海域，可以滿足全部現有石油的需求，並減少1/4以上的二氧化碳排放。
首先是海洋水動力能源。它包括潮汐能、海流能和波浪能。
潮汐因月球引力的變化引起，潮汐導致海平面周期性地升降，因海水漲落及潮水流動所產生的能量稱為潮汐能。潮汐能是以勢能形態出現的海洋能，是指海水潮漲和潮落形成的水的勢能與動能。
潮汐發電與普通水利發電原理類似，在漲潮時將海水儲存在水庫內，以勢能的形式保存，然後，在落潮時放出海水，利用高低潮位之間的落差，推動水輪機旋轉，帶動發電機發電。我國沿岸總體上屬於規則的“半日潮”，近海的潮汐能主要集中在沿岸和海灣區域，潮汐能分布與平均潮差的分布一致，具有重要的開發利用價值。
海流能是指海水流動的動能，主要是指海底水道和海峽中較為穩定的流動以及由於潮汐導致的有規律的海水流動。海流能的能量與流速的平方和流量成正比。相對波浪而言，海流能的變化平穩且有規律。一般來說，最大流速在2米/秒以上的水道，其海流能均有實際開發的價值。
其發電的原理為：利用海洋中沿一定方向流動的海水的動能發電，海流發電裝置的基本形式與風力發電裝置類似，故又稱為“水下風車”。當海流流過水輪機時，在水輪機的葉片上產生環流，導致升力，因而對水輪機的軸產生扭矩，推動水輪機葉片的轉動，故可驅動電機發電。
波浪能是指海洋表面波浪所具有的動能和勢能。波浪的能量與波高的平方、波浪的運動周期以及迎波面的寬度成正比。波浪能是一種密度低、不穩定、無污染、可再生、儲量大、分布廣、利用難的能源。其關鍵技術問題主要包括波浪的聚集與相位控制技術；波能裝置的波浪載荷技術；波能裝置建造與施工中的海洋工程技術；不規則波浪中的波能裝置的運行最佳化技術；往複流動中的透平研究等。
全世界波浪能的理論估算值為100億千瓦量級，中國沿海理論波浪年平均功率約為1300萬千瓦。我國波力發電技術研究始於20世紀70年代，小型岸式波力發電技術已進入世界先進行列，航標燈所用的微型波浪發電裝置已日趨商品化。在珠江口大萬山島上研建的岸邊固定式波力電站，第一台裝機容量3千瓦的裝置早在1990年就已試發電成功，總裝機容量20千瓦的岸式波力試驗電站和8千瓦的擺式波力試驗電站也試建成功。2009年3月，我國第一座漂浮式海浪能發電站在浙江溫州近海開始建設，建成後年發電量可達10億千瓦時，年收入達到5億元。這意味著我國實現了海浪發電的技術突破。
其次是海洋物理能源，包括海洋風能、海水溫差能、海洋化學能源和海洋生物質能源。
海洋風能是指海洋表面大量空氣流動所產生的動能。風能資源是新能源領域中技術最成熟、最具規模開發條件和商業化發展前景的發電方式之一。風電成本僅次於火電，這使得大面積推廣成為可能。目前風力發電的成本僅為煤電的2倍、每千瓦時為0.45～0.6元之間。由於海上風時長、風區廣、風力大，所以，一台同樣功率的海洋風電機在一年內的產電量，能比陸地風電機提高70%。
海水溫差能是指海洋表層海水和深層海水之間水溫差的熱能。海洋的表面把太陽的輻射能轉化成為熱水並儲存在海洋的上層，但深層海水（通常1000米左右）接近零攝氏度，這樣，在熱帶或亞熱帶海域終年形成20攝氏度以上的垂直海水溫差。利用這一溫差可以實現熱力循環並發電。根據中國海洋水溫測量資料，中國海域的溫差能約為1500萬千瓦，其中99%在南中國海。南海的表層水溫年均在26攝氏度以上，深層水溫（800米深處）常年保持在5攝氏度左右，溫差為21度，屬於溫差能豐富區域。
海洋溫差發電主要採用開式和閉式兩種循環系統。其關鍵技術問題和困難是：溫差太小，能量密度太低。溫差能轉換的關鍵是強化傳熱技術。同時，溫差能系統的綜合利用，還是一個多學科交叉的系統工程問題。所以，就目前情況來說，其商業化開發尚待時日。
海水中氫的同位素氘和氚，在一定條件下，它們的原子核可以互相碰撞而聚合成一種較重的原子核，同時把核中貯存的巨大能量釋放出來。這就是核聚變。海水中氘的含量為十萬分之三，即1升海水中含有0.03克氘。這0.03克氘聚變時釋放出的能量相當於300升汽油燃燒的能量，因此，人們用“1升海水=300升汽油”來形容海洋中核聚變燃料儲藏的豐富。但就受控熱核聚變技術來說，還僅僅局限於國際組織領導下的科研階段，離實際開發利用相距甚遠。因此，這裡海洋化學能源只討論鹽差能技術。
海洋鹽差能是指海水和淡水之間含鹽濃度不同的化學電位差能，是以化學能形態出現的海洋能，主要存在於河海交匯處。我國的鹽差能估計為1100萬千瓦，主要集中在各大江河的入海口。
鹽差能是海洋能中能量密度最大的一種可再生能源。通常海水（3.5%鹽度）和河水之間的化學電位差有相當於240米水差的能量密度，這種位差可以利用半滲透膜在鹽水和淡水交接處實現。利用這一水位差就可以直接由水輪發電機發電。其關鍵技術問題是：滲透壓式鹽差能發電系統的關鍵技術是膜技術和膜與海水介面間的流體交換技術。特別是半透膜的滲透流量需要在目前水平的基礎上再提高一個數量級，才有可能實現商業化。
生物質能是指直接或間接通過植物光合作用，將太陽能以化學能的形式貯存在生物質體內的一種能量形式，作為生物質能載體的生物質資源極其豐富，而且生物質能被認為是一種二氧化碳零排放的能源。所以，成為全球可再生能源的重要熱點。
海洋是地球上尚未開發利用的最大生物質資源領域。藻類作為一種數量巨大的可再生資源，是生產生物質能源的重要原料資源。地球上的生物每年通過光合作用可固定800億噸碳，僅海洋中的藻類，產生的生物質總量就達550億噸。
微藻能源。微藻種質資源豐富，世界各地報導的海洋微藻超過4000種，具有光合作用效率高、生物產量高、生長繁殖快、生長周期短和自身合成油脂等特點。
上世紀90年代，美國推出“微型曼哈頓計畫”，發展海洋微藻能源技術。已開發出海洋工程微藻，建立了主要包括綠藻和硅藻的富油微藻庫。其中工程小環藻的脂質含量超過60%，推算每畝年產1～2.5噸柴油，為高油脂藻種培育開闢了一條新技術途徑。美國科學家推算，微藻產油可望有效解決能源危機，利用20萬公頃的沙漠培養微藻，每年可生產75億加侖生物柴油，而利用15%的索諾拉沙漠面積即可生產出足夠的生物柴油來滿足美國交通業的需求。
海洋微藻柴油開發技術具有顯著的特點和巨大的商業開發價值。一是可工程培養海洋微藻，能大量固定二氧化碳。二是微藻熱解所得生物質燃油熱值高，生產的能源不含硫，燃燒時不排放有毒有害氣體，不污染環境。三是產油率高，微藻含有較高的脂類(20%～70%)、可溶性多糖等，可用於生產生物柴油或乙醇。四是光合作用效率高（倍增時間約3～5天），一周就可收穫一代，因此產量極高。五是易於加工，微藻沒有葉、莖、根，不產生無用生物量。六是不占用可耕地，與陸地能源植物相比，發展海洋微藻不占用農田。
大藻能源。以海帶為代表的大型藻類可以製造燃料乙醇。目前以海帶為原料，在實驗室條件下，通過微生物發酵過程，已建立起海帶生產乙醇的工藝流程。大型海藻生物質能開發具有一定的優勢：一是產量高，可大規模栽培。二是不占用土地與淡水資源，可以避免生物質能開發對糧食安全的影響。三是大型海藻的栽培可以有效吸收二氧化碳和富營養化元素，抑制赤潮發生。四是大型海藻木質素含量比陸地植物少得多，藻體柔軟、機械強度不高，因此容易被破碎和消化從而可以降低燃料乙醇的生產成本。五是整個藻體均可用於生物質能源開發，剩餘的原料可以進行綜合利用。
我國海域可用來發展海藻生物質能源的空間十分廣闊。按2.5噸(乾重)/畝的大型海藻、微藻產量計算，利用我國1%的海域培養大型海藻就可以生產1.3億噸乙醇，可以替代20%的現有石油需求，減少5.5%的二氧化碳排放；利用11%左右的海域，可以滿足全部現有石油的需求，並減少1/4以上的二氧化碳排放。
大力發展海洋碳匯漁業技術
如前所述，中國近海、淺海貝類和藻類養殖不僅為人類社會提供了大量優質、健康的高檔海洋食物，同時又對減排大氣二氧化碳作出很大的貢獻，是一種雙贏的海洋產業。因此，突破海水養殖業的關鍵技術，大力發展海洋碳匯漁業，進行魚、蝦、貝、藻類等多種生物的人工養殖、增殖，積極拓展生態系統養殖模式，對於發展低碳經濟具有重要意義。
首先應重點發展經濟藻類養殖，建立人工藻礁增殖區，修復藻床及生境，有效利用海水資源，適當開闢大型經濟藻類的養殖區域，增加養殖、增殖規模與數量。目前我國藻類乾品年產量為150萬噸，年固碳50萬噸（折合二氧化碳當量約180萬噸）如果能在此基礎上增加一倍產量，那么僅養殖海藻的固碳能力就超過100萬噸。另外，海藻還可用作生產乙醇的原料，1噸(乾重)海藻理論上可產0.69噸乙醇。海藻養殖產量的增加，不僅能夠直接吸收二氧化碳，緩解碳排放速度，而且可替代石油燃料，間接減少二氧化碳排放，不失為一種理想的清潔能源。
其次應拓展貝類養殖區，構建貝、藻複合養殖模式，呈現多營養級養殖種類並存的形式，使其充分發揮海洋生物固碳、匯碳的功能，實現碳的匯集、存儲和固定的系列化。如果能夠使我國養殖貝類產量翻一番，那么僅貝殼固碳就能增加50萬噸，並為人類提供600萬噸的優質蛋白食物。另外，作為濾食性動物，其產量的增加也加快了水體中生產力的利用，因此，通過大力發展海洋增養殖生物固碳、匯碳措施，開展生態養殖，能夠在提高經濟效益的同時，實現海洋清潔生產。
少量廉價微量元素，可以促進碳匯漁業的發展，增加海洋中固碳生物（主要是浮游生物）的數量，更多地吸收大氣中的二氧化碳。通過設立相應的科研課題，選擇適宜海區投放適量鐵等微量元素，增加海洋上層單胞藻等生物的產量，不僅能夠吸收更多的二氧化碳，而且能轉化更多的初級生產力。在投放過程中要注意控制合適的量與範圍，防止投放過度產生富營養化、赤潮等危害海洋環境的現象，保持生物鏈各營養級的良性循環。
首先應重點發展經濟藻類養殖，建立人工藻礁增殖區，修復藻床及生境，有效利用海水資源，適當開闢大型經濟藻類的養殖區域，增加養殖、增殖規模與數量。目前我國藻類乾品年產量為150萬噸，年固碳50萬噸（折合二氧化碳當量約180萬噸）如果能在此基礎上增加一倍產量，那么僅養殖海藻的固碳能力就超過100萬噸。另外，海藻還可用作生產乙醇的原料，1噸(乾重)海藻理論上可產0.69噸乙醇。海藻養殖產量的增加，不僅能夠直接吸收二氧化碳，緩解碳排放速度，而且可替代石油燃料，間接減少二氧化碳排放，不失為一種理想的清潔能源。
其次應拓展貝類養殖區，構建貝、藻複合養殖模式，呈現多營養級養殖種類並存的形式，使其充分發揮海洋生物固碳、匯碳的功能，實現碳的匯集、存儲和固定的系列化。如果能夠使我國養殖貝類產量翻一番，那么僅貝殼固碳就能增加50萬噸，並為人類提供600萬噸的優質蛋白食物。另外，作為濾食性動物，其產量的增加也加快了水體中生產力的利用，因此，通過大力發展海洋增養殖生物固碳、匯碳措施，開展生態養殖，能夠在提高經濟效益的同時，實現海洋清潔生產。
少量廉價微量元素，可以促進碳匯漁業的發展，增加海洋中固碳生物（主要是浮游生物）的數量，更多地吸收大氣中的二氧化碳。通過設立相應的科研課題，選擇適宜海區投放適量鐵等微量元素，增加海洋上層單胞藻等生物的產量，不僅能夠吸收更多的二氧化碳，而且能轉化更多的初級生產力。在投放過程中要注意控制合適的量與範圍，防止投放過度產生富營養化、赤潮等危害海洋環境的現象，保持生物鏈各營養級的良性循環。
發展海濱濕地整治技術
我國東部沿海的濕地、沼澤、灘涂資源十分豐富。南方沿海的紅樹林、北方沿海的鹽鹼地大多屬於規模較大的濱海濕地。統籌規劃濕地資源，系統開發濕地潛能，加快整治治理步伐，充分利用其特殊的生態特點，以更好地發揮其固碳能力。使濱海濕地水網縱橫、植物茂密、候鳥翔集、魚蝦繁盛，真正成為濱海城市的“綠肺”。對污染嚴重的濕地，採取措施重點清理整治。在典型濕地生態系統類型和生物多樣性富集地區，有目標、有重點地搶救性建設一批濕地保護區，逐步建立起布局合理的濕地保護體系。制定有效的科學管理措施，充分發揮濕地的功能和效益。增加濕地保護建設的投入，建立海濱濕地固碳示範區，利用濕地植物和土壤的固碳能力，達到保護濱海環境的目的。同時加強沿海灘涂、鹽鹼地的改造利用，著眼於耐鹽耐鹼植物的選育、推廣、普及，開發利用其特有的功能價值，大力引進培養有利用價值的生物種類，譬如，可以作為食品或食品原料、牧草飼料、能源原料、醫藥原料以及其他工業原料等，因地制宜地發展農林牧業、水產養殖、特種種植業，增加鹽鹼地固碳和低碳產業功效。
發展海底森林修復技術
我國沿海海灣眾多，岬角林立，不少海灣水質清澈，環境良好，海底植物茂盛。水下攝像展現出綠色的海底世界，海底植物又引來眾多的海洋動物。如山東榮成楮島灣內1～2米高的大葉藻、鼠尾藻幾乎覆蓋整個海底，形成一片綠色的海底森林。山東沿海不少居民歷史上的“海草房”，都是以海底天然生長的大葉藻為主要材料。福建沿海的馬尾藻也呈大面積展布。我國東南沿海主體上以岩石質、沙質海岸為主體，具備建設海底森林的自然條件。在原有海洋底棲附著植物的基礎上，統籌規劃整治，加大保護措施，控制污染流入，增大藻床面積，使海底森林規模化、特色化，實現資源與環境的可持續發展。
大力建設海洋牧場，增加投放人工魚礁的數量和相應的漁業資源增殖流放數量，選擇適宜增殖品種，充分利用現有種苗繁殖場、馴養場，通過底播增殖、人工增殖放流等手段，全力推進海洋牧場的建設。通過增殖來增加海洋生物產量，並通過海洋生物種類的增加和產量的提高來達到固碳的目的。在增加固碳的同時，增加海洋生物多樣性，調節海洋生物食物鏈，達到海洋生物資源充分合理利用，使沿海漁民增收、漁業增產，為社會優提供更多的優質蛋白。
大力建設海洋牧場，增加投放人工魚礁的數量和相應的漁業資源增殖流放數量，選擇適宜增殖品種，充分利用現有種苗繁殖場、馴養場，通過底播增殖、人工增殖放流等手段，全力推進海洋牧場的建設。通過增殖來增加海洋生物產量，並通過海洋生物種類的增加和產量的提高來達到固碳的目的。在增加固碳的同時，增加海洋生物多樣性，調節海洋生物食物鏈，達到海洋生物資源充分合理利用，使沿海漁民增收、漁業增產，為社會優提供更多的優質蛋白。
發展海水綜合利用技術
海水利用雖不是直接用來固碳，但能減少能耗，節約資源，達到間接固碳的目的。根據目前技術進展，海水綜合利用包括海水源熱泵、海水淡化、海水冷卻、海水灌溉和生活用水五大部分。
一是海水源熱泵技術。海水源熱泵是利用淺層海水吸收的太陽能和地熱能而形成的低溫低位熱能資源，並採用熱泵原理，通過少量的高位電能輸入，實現低位熱能向高位熱能轉移的一種技術。使用海水源熱泵技術，將會大大減少煤炭等化石能源的使用，很大程度地消除了燃料燃燒時排放的廢氣廢水，既節約了能源又實現了環保，是一種低碳節能技術。海水源熱泵機組工作原理就是以海水作為提取和轉換能量的基本“源體”，它藉助壓縮機系統，消耗少量電能，在冬季把存於海水中的低品位熱能量“取”出來，給建築物供熱；夏季則把建築物內的熱能量“取”出來釋放到海水中，以達到調節室內溫度的目的。
二是海水淡化節能技術。對於海水淡化，青島膠州灣兩岸正在建設兩個日產10萬噸的淡化水項目，其中一個是蒸餾法，一個是滲透膜法，其技術先進性和規模化程度足已成為現階段全國沿海的示範工程。迄今為止，海水淡化的關鍵是降低能耗，是直接決定其成本高低的核心。目前我國海水淡化的成本已經降至4～7元/立方米，苦鹹水淡化的成本則降至2～4元/立方米，如果進一步綜合利用，把淡化後的濃鹽水用來製鹽和提取化學物質等，則其淡化成本還可以大大降低。至於某些生產性的工藝用水，如電廠鍋爐用水，由於對水質要求較高，需由自來水進行再處理，此時其綜合成本將大大高于海水淡化的一次性處理成本。從最佳化能源和資源配置戰略高度來看，利用沿海電廠餘熱、核能或者海洋可再生能源推廣蒸餾法海水淡化技術，對於解決沿海經濟發達地區水資源危機具有十分重要的現實意義。利用低品位核燃料的高效利用新技術和可再生能源技術發展海水淡化產業是目前有競爭力的新領域。
三是海水工業化利用技術。海水工業化直接利用前景非常廣闊，在青島膠州灣沿岸已有比較豐富的經驗積累，日用海水已達到500萬噸左右，主要用來冷卻、化鹽、沖渣、沖淤。關鍵是從項目規劃階段開始，布設海水管道基礎工程及其輔助設施，研究開發海水預處理技術、過濾保障技術、防海水腐蝕和防海洋生物附著技術。如果沿海1～2公里範圍內新建的各類開發區和新開工的大項目都直接利用海水，對我國科學利用海洋資源是一個重要的亮點。一方面節約了大量淡水資源，另一方面也大量節約了能源，間接達到了低碳的目的。
四是生活用海水技術。對於生活用海水，香港的海水沖廁已經家喻戶曉。在青島膠南大珠山腳下的“海之韻”小區也成功地作出了示範。一個居民小區內實現了海水沖廁、海水景觀、海水泳池、海水源空調。形成了一個完整的系列化的大生活海水利用體系。目前需要進一步開發海水預處理和後處理技術、防腐蝕與防附著技術。最主要的是儘快在沿海新建的高檔小區普及推廣。伴隨著城市“沿海化”的趨勢，大生活海水利用是未來水資源開發的戰略重點。
五是海水灌溉技術。我國灘涂潮坪資源豐富，有大量的鹽鹼地和荒灘尚待開發利用，大力發展海水灌溉技術，推廣抗鹽植物種植技術，對於聚碳固碳、綠化荒灘、調節氣候、美化灘涂環境具有重要意義。目前，就技術水平來說，已成功地解決了海水蔬菜種植問題，海蘆筍、海芹菜、海甜菜等等，十幾種海水蔬菜都已達到一定規模，其產量、產值都比較可觀；鹼蓬、菊芋、大米草、互花草等耐鹽植物人工種植獲得成功；“藍色水稻”已見雛形。包括天然野生海水蘆葦、海洋大型藻類、海草類在內，可發揮巨大的匯碳固碳作用，同時又節約了大量農業用水。
