中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊:科學(xué)家希望玄武巖能夠儲(chǔ)藏及永久礦化大量的氣體。在玄武巖中,溶解的二氧化碳能夠與鈣和鎂發(fā)生化學(xué)反應(yīng),并在數(shù)十年中形成石灰?guī)r。
圖片來源:美國西北太平洋國家實(shí)驗(yàn)室
8月初,科學(xué)家將把1000噸純二氧化碳泵入美國西北部深埋于地下的多孔巖石中。他們的目標(biāo)是為人類活動(dòng)產(chǎn)生的二氧化碳尋找一個(gè)永遠(yuǎn)的家。
7月17日,美國能源部西北太平洋國家實(shí)驗(yàn)室(PNNL)的研究人員開始為瓦盧拉鎮(zhèn)附近的哥倫比亞河玄武巖地層進(jìn)行注射。大約1600萬年前,這些巖石開始出現(xiàn)孔隙,當(dāng)時(shí)巖漿曾流經(jīng)現(xiàn)在的哥倫比亞河流域。當(dāng)巖漿開始冷卻時(shí),二氧化碳?xì)馀荼阆蚱溥吘壱苿?dòng),于是形成了夾在實(shí)體巖石之間的多層小孔。
當(dāng)向地下泵送這些溫室氣體時(shí),“我們實(shí)際將二氧化碳?xì)w還回了它們原本的家。”該試驗(yàn)的領(lǐng)導(dǎo)者、PNNL環(huán)境工程師Pete McGrail說。該試驗(yàn)也是一個(gè)更大的能源部門碳隔離項(xiàng)目的一部分。
瓦盧拉工程是第二個(gè)將目標(biāo)鎖定為玄武巖構(gòu)造的試驗(yàn),科學(xué)家希望這些巖石能夠儲(chǔ)藏及永久礦化大量的氣體。在玄武巖中,溶解的二氧化碳能夠與鈣和鎂發(fā)生化學(xué)反應(yīng),并在數(shù)十年中形成石灰?guī)r。
將二氧化碳封存之后,被實(shí)體巖石覆蓋的多孔玄武巖層,能夠阻止氣體泄漏。這將能夠消除對于封存氣體泄漏的擔(dān)憂。一般而言,利用砂巖儲(chǔ)集層等作為封存地點(diǎn)的其他二氧化碳深埋計(jì)劃都被泄漏問題所困擾。
研究人員稱,玄武巖反應(yīng)是自然風(fēng)化過程的一部分,在整個(gè)地質(zhì)時(shí)期內(nèi),它有助于調(diào)節(jié)大氣中的二氧化碳水平。科學(xué)家已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室分析了相關(guān)礦化作用,目前只是在實(shí)地進(jìn)行測試。
另外,研究人員還在進(jìn)行另一個(gè)玄武巖工程。該項(xiàng)目位于冰島,由美國和歐洲科學(xué)家,以及雷克雅未克能源公司聯(lián)合進(jìn)行,去年已經(jīng)進(jìn)行了首次二氧化碳注射,今年還將進(jìn)行另一輪注射。
效力于冰島工程的美國哥倫比亞大學(xué)拉蒙—多哈堤地球觀測站地球化學(xué)家Juerg Matter表示,早期結(jié)果看起來很有希望。“礦化反應(yīng)很可能要比我們預(yù)想的更快。”對瓦盧拉工程也有貢獻(xiàn)的Matter說,假定玄武巖適用于此,“降低了泄漏的風(fēng)險(xiǎn),你就能很容易地離開貯藏庫”。
在瓦盧拉,研究人員已經(jīng)對注射部位附近二氧化碳泄漏到土壤和地下水的標(biāo)記進(jìn)行了監(jiān)視。一旦注射完成,他們將開始從注射井提取樣本,以檢測水化學(xué)結(jié)果、追蹤碳同位素變化,以及檢查反應(yīng)的其他證據(jù)。McGrail指出,實(shí)驗(yàn)室測試和計(jì)算機(jī)模擬結(jié)果顯示,一般而言大約20%的二氧化碳將在10~15年中被礦化。
但是該試點(diǎn)項(xiàng)目將在一個(gè)較短的時(shí)間尺度上操作。注射結(jié)束14個(gè)月后,該研究小組計(jì)劃鉆鑿另一個(gè)注射井,并提取巖芯進(jìn)行結(jié)果評估。McGrail表示:“在那個(gè)階段,我們希望能夠得到一些碳化的巖石。”
實(shí)際上,這里涉及到碳捕集與封存技術(shù)。該技術(shù)是指將大型發(fā)電廠所產(chǎn)生的二氧化碳收集起來,并用各種方法儲(chǔ)存以避免其排放到大氣中的一種技術(shù)。這種技術(shù)被認(rèn)為是未來大規(guī)模減少溫室氣體排放、減緩全球變暖最經(jīng)濟(jì)、可行的方法。因此,完成封存僅是成功的一半:科學(xué)家和工程師還必須找出如何從工業(yè)設(shè)施里捕獲二氧化碳,并以最節(jié)約成本的方式將它們運(yùn)輸?shù)礁綦x地點(diǎn)。
二氧化碳的捕集方式主要有三種:燃燒前捕集、富氧燃燒和燃燒后捕集。捕集到的二氧化碳必須運(yùn)輸?shù)胶线m的地點(diǎn)進(jìn)行封存,可以使用汽車、火車、輪船以及管道來進(jìn)行運(yùn)輸。而且即使一個(gè)碳礦化產(chǎn)業(yè)能夠啟動(dòng),要在全球水平上建立它,將需要完成一個(gè)重建石油工業(yè)規(guī)模的任務(wù)量。
“停止使用化石燃料更可取,還是進(jìn)行大規(guī)模碳封存更好?”這一問題的科學(xué)觀點(diǎn)存在分歧。但是如果碳封存更受歡迎,那許多人認(rèn)為玄武巖將變得十分重要。雖然迄今為止,大規(guī)模使用玄武巖封存溫室氣體的支持者已在美國西北部和東南部,以及印度對這些巖石構(gòu)造進(jìn)行了開發(fā),但是還有許多人將目光投向離岸地區(qū),這里的海床將能容納未來幾個(gè)世紀(jì)排放的二氧化碳。
二氧化碳封存研究到目前為止趨向于關(guān)注砂巖儲(chǔ)集層而非玄武巖。拉蒙—多哈堤地球觀測站海洋地質(zhì)學(xué)家David Goldberg表示,這里有兩個(gè)主要原因。這些構(gòu)造相對普遍,并且石油企業(yè)習(xí)慣于與砂巖“共事”,使得它們能更簡單地從一個(gè)發(fā)電廠或其他來源將二氧化碳運(yùn)送到隔離地點(diǎn)。
這可能意味著與海洋玄武巖相比,砂巖更經(jīng)濟(jì)適用,至少短期內(nèi)是如此。但是,Goldberg表示,埋藏全球批量的二氧化碳的最好地點(diǎn)是離岸地區(qū),這里覆蓋著沉積物和海水,因此比較安全。
Goldberg補(bǔ)充道,美國西海岸離岸地區(qū)的單一構(gòu)造有潛力儲(chǔ)藏該國1個(gè)世紀(jì)里排放的所有二氧化碳,這里的預(yù)計(jì)總儲(chǔ)量為685立方千米。“如果我們能解決所有問題,海洋將具有很多可用之處。”他說。
“但是這些都不便宜。”夏威夷大學(xué)地球化學(xué)家Kevin Johnson說。Johnson與McGrail小組共同進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室研究。“而且這是一個(gè)社會(huì)重要性問題——氣候情況是否變得糟糕到足以為成本辯護(hù)。”(張章)
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由于過度使用化石原料產(chǎn)生了過多二氧化碳,而人類無法消費(fèi)多出的龐大部分,所以造成了一系列氣候和生態(tài)問題,于是碳捕集與封存概念應(yīng)運(yùn)而生。二氧化碳封存的方法有許多種,一般說來可分為地質(zhì)封存和海洋封存兩類。
地質(zhì)封存一般是將二氧化碳注入地質(zhì)結(jié)構(gòu)中,這些地質(zhì)結(jié)構(gòu)可以是油田、氣田、咸水層以及無法開采的煤礦等。研究表明,二氧化碳性質(zhì)穩(wěn)定,可以在相當(dāng)長的時(shí)間內(nèi)被封存。若地質(zhì)封存點(diǎn)經(jīng)過謹(jǐn)慎的選擇、設(shè)計(jì)與管理,注入其中的氣體可封存1000年以上。海洋封存是指將二氧化碳通過輪船或管道運(yùn)輸?shù)缴詈:5走M(jìn)行封存。
作為一項(xiàng)新的減排技術(shù),碳捕集與封存技術(shù)尚處于研發(fā)階段,并未開始大規(guī)模商業(yè)推廣,在技術(shù)上和制度上都存在著許多問題和障礙。在政策法規(guī)方面,對于碳捕集與封存技術(shù)的應(yīng)用,特別是二氧化碳的運(yùn)輸與封存,缺乏明確的監(jiān)管監(jiān)測相關(guān)法律法規(guī)將會(huì)成為嚴(yán)重的阻礙。
目前,與碳捕集與封存技術(shù)相關(guān)的國際法律框架可分為兩個(gè)方面: 一是對碳捕集與封存的技術(shù)界定,如《聯(lián)合國氣候變化框架公約》及其《京都議定書》等;二是對于捕集的二氧化碳在海洋封存的規(guī)定,如《聯(lián)合國海洋法公約》和《防止傾倒廢物和其他物質(zhì)污染海洋的公約》等。
歐盟一直以來不但是碳捕集與封存技術(shù)研發(fā)的先驅(qū),同時(shí)也始終積極倡導(dǎo)碳捕集與封存的相關(guān)立法和各方面實(shí)施的制度化和規(guī)范化。歐盟委員會(huì)為加強(qiáng)對碳捕集與封存實(shí)施的管理,于2008年1月發(fā)布了二氧化碳封存指令草案。該指令為應(yīng)對氣候變化、確保二氧化碳的地質(zhì)封存不對環(huán)境造成危害提供了法律框架。此外,歐盟還成立了專門的技術(shù)委員會(huì),對碳捕集與封存的具體實(shí)施進(jìn)行指導(dǎo)和協(xié)助。
來源:《中國科學(xué)報(bào)》 (2013-08-01 第3版 國際)