實踐碳封存技術

人們希望能夠通過對排放的碳進行捕集及封存來應對全球變暖的危機,這一技術聽起來似乎有點不可思議,但美國已經對二氧化碳封存開展了首次實戰演習,結果喜憂參半。


封存二氧化碳:處於超臨界流體狀態的二氧化碳,被泵入美國得克薩斯地下的弗里奧地層,以檢驗地下碳封存技術。

在美國休斯敦市以東,得克薩斯州的地下深處,一項旨在解答二氧化碳地下封存的若干技術問題的研究項目,正在收穫第一批試驗結果。科學家們希望通過這類碳捕集及封存技術來緩解全球變暖的危機,同時不會對當地環境造成損害。在這個被稱為“弗里奧地層”(Frio Formation)的地質結構中,初步試驗數據正在源源不斷地產生,為碳封存的方方面面提供了有益的指導。

埋藏二氧化碳可能會成為遏制全球變暖的一項重要舉措。美國勞倫斯利物莫國家實驗室的地質學家朱里奧·弗裡德曼(Julio Friedmann)說:“到2050年,各國的二氧化碳年埋藏量將達到5億至10億噸。”。地下能夠封存的二氧化碳,相當於全世界數十年的排放總量。


最早將二氧化碳泵入地下的,是北海上的Sleipner天然氣田,不過作為一個商業油氣田,它無法為科學家提供詳盡的數據,來評估地下碳封存技術。

鹹含水層(Saline aquifer)是孔隙中充滿了鹹水的砂岩層,這是分佈最廣、潛力最大的封存候選地點之一。但是科學家們需要進一步瞭解它們的性質。美國勞倫斯伯克利國家實驗室的薩莉·本森(Sally Benson)說:“我們知道如何注入二氧化碳——30年來,石油公司一直採用這種方式,從枯竭的油井中擠榨出更多石油。不過,要向地層大量注入二氧化碳,並使之長期封存於地下,這樣的技術細節我們還並不清楚。”

商業企業也做過相關嘗試——挪威國家石油公司(Statoil)經營的一座北海海上天然氣田,向厚實的鹹含水層每年注入100萬噸二氧化碳。不過美國得克薩斯大學奧斯汀分校的地質學家蘇珊·霍沃爾卡(Susan D. Hovorka)指出,類似的嘗試其實不太適合科學研究。她強調,要想改進他們的模型,使之能夠更準確地描述地下發生的變化過程,研究人員需要密切監控注入試驗的進程;商業油氣田的開採作業過於繁忙,無法進行這樣的研究。

弗里奧實驗項目便是在這種情況下啟動的。2004年,這項由霍沃爾卡主持、投資金額達600萬美元的項目,開始將3,000噸二氧化碳壓縮為超臨界流體(supercritical fluid),並加熱到15攝氏度,然後泵入地下約1.6千米深處的一個厚達23米的砂岩層中。霍沃爾卡說,“我們想讓二氧化碳滲入岩石的孔隙,並滯留在一些孔隙中,溶解在鹹水裡,甚至產生出一些新物質”,以此來困住二氧化碳。令她滿意的是,三維地震成像技術(seismic imaging)等監測手段顯示,幾乎所有注入弗里奧地層的二氧化碳都被滯留在孔隙中,或者溶解在了鹹水裡。

但是霍沃爾卡和美國地質勘探局的地質化學家優素福·卡拉卡(Yousif Kharaka),還有他們的同僚們同時也發現,溶解在鹹水中的二氧化碳讓水變酸了。酸水又會溶解砂岩所含的一些礦物質,將其中的方解石和以鐵為主的金屬元素釋放出來。這可能是好事,也可能是壞事。溶解部分岩石,為儲藏二氧化碳提供了更多空間。但是釋放出的金屬元素可能會遷移至地面,對環境造成危害。例如,一些鹹含水層可能含有砷和鈾,對於這些元素,最好讓它們一直沉睡在地下。


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