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把二氧化碳“埋”了

發布時間:2019/4/30 22:23:52

導言:全球變暖作為工業發展的副產物一直以來都是人們擔憂的問題。每年由于工業生產產生的大量二氧化碳的處置方案一直是人們在考慮的問題。本文將著重介紹一種新型的地下二氧化碳存儲技術,從而鋪開未來人類發展的道路。


為了阻止全球氣候變化及危險的全球變暖,我們將最終不得不停止向大氣層中排放溫室氣體。目前全世界在減少溫室氣體排放方面的工作進展依然緩慢,因此我們可以考慮一些更為激進的方案,例如將從大氣層中去除的二氧化碳氣體存儲到地下。目前《科學》雜志上的一篇文章報道了我和我的同事在冰島成功地進行了將二氧化碳氣體轉化為巖石并且存儲到了地下的試驗。盡管我們只嘗試了一小部分的二氧化碳,但是這個方法在將來具有巨大的潛能。以下是這個方法的工作原理。


將二氧化碳轉化為巖石


我們的文章是十多年來在科學領域以及冰島碳固定實驗項目的成果。我們和一個世界性的科學家團隊合作,在他們其中包括了在20世紀70年代提出“全球變暖”概念的華萊士·布洛克。我們同時也和冰島地熱能源公司雷克雅未克能源建立了合作關系。


將二氧化碳轉化為石灰巖的基礎物質,碳酸鹽礦物并不是一個新提出的概念。事實上地球本身就一直利用這種轉換方式來控制大氣中的二氧化碳水平。
然而,從目前的科學觀點來看,將二氧化碳從氣體轉化為固體(被稱為礦化作用)需要花費上千年時間(或者上萬年)。過慢的轉化速度使其很難實現工業規模生產。為了解決這個問題,我們利用雷克雅未克能源的注射和監控井準備了一塊試驗地。經過多年的準備,在2012年,我們將248噸兩相二氧化碳注射到了位于地下550米的玄武巖中。大部分的二氧化碳儲存項目都注射和儲存“超臨界二氧化碳”,即把二氧化碳氣體用壓力壓縮來大幅度減少其體積。然而大部分的超臨界二氧化碳都是有浮力的,如同氣體一般。因為二氧化碳可能從存儲介質中逃逸,泄漏到地下水中,并且最終揮發到大氣中,這項技術一直飽受爭議。


事實上,例如荷蘭等一些歐洲國家已經因為缺乏公眾認可而停止了超臨界二氧化碳存儲項目。公眾普遍擔心可能發生的泄露將會帶來的未知的后果。奧地利甚至完全禁止了二氧化碳存儲項目。


注射井和背后的監測站。


我們的冰島項目則嘗試了一種完全不同的方式。我們首先將二氧化碳溶解在水中產生氣泡水。這種碳酸水含有兩個優于超臨界二氧化碳氣體的優點。首先,這種液體是酸性的,能夠用于腐蝕在酸性條件下溶解的玄武巖。其次,二氧化碳無法從中逃逸出來,氣體在其中處于溶解狀態因此不會上升到表面。并且只要我們將其保持在一定壓力下,氣體就永遠不會上升到表面(你可以在罐裝蘇打水上見到相同的效應,只有打開罐頭后其中溶解的二氧化碳才會揮發到空氣中)。玄武巖的溶解意味著其中的例如鈣鎂鐵等元素同樣進入了石頭孔隙中的水。玄武巖中大量富含這些元素并且能夠與溶解其中的二氧化碳結合形成固態的碳酸鹽礦物。


通過對監測井的觀察和追蹤研究,我們發現有超過95%的注射二氧化碳(約235噸)在兩年內被轉化為碳酸鹽礦物。盡管初始的注射二氧化碳濃度很小,冰島地區的試驗已經證明了礦化二氧化碳法是可行的,同時更重要的是快捷。


在海底儲存二氧化碳


一個好消息是這項技術不止能夠在冰島實現。二氧化碳的礦化需要玄武巖或者橄欖巖,因為這幾種巖石富含大量金屬能夠與結合二氧化碳形成碳酸鹽。
事實證明廣闊無垠的海洋底部布滿了幾千米厚的玄武巖,因而大陸邊緣也有大面積的玄武巖。同時在內陸也存在大量的區域覆蓋了玄武巖(稱為火成巖區)或橄欖巖(稱為蛇綠巖套)。


目前二氧化碳的儲存潛能要遠大于幾個世紀以來全球排放的二氧化碳總量。二氧化碳的礦化工藝消除了二氧化碳的上浮問題并且免除了永久監測注射二氧化碳,。而對于超臨界二氧化碳注射位點而言,需要永久檢測來阻止或者修補可能的二氧化碳泄露,這一問題還需上百年甚至上千年才能解決。
它的缺點是二氧化碳礦化為碳酸水的過程需要大量的水,這就意味著礦化技術只有在大量富水地區才能成功實現。


然而,在海底或是大陸邊緣的海水中則沒有這個缺點。相反,目前的這項永久儲存技術的主要應用障礙還是成本問題。在我們的測試案例中礦化一噸二氧化碳所需的成本大約是17美元,大概是使用超臨界二氧化碳儲存技術的兩倍。這就意味著撇開我們用的這技術細節,一旦缺少財政激勵,例如征收含碳稅或提高排放價格,這項碳存儲技術的實行將缺乏驅動力。


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