应对全球变暖!科学家把二氧化碳注入岩层变成"石头"封存

2016年06月12日 09:35 观察者网
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esciencenews网站报道截图esciencenews网站报道截图

  在全球变暖背景下,怎样处理不断增长的二氧化碳排放是一个世界性难题。据新华社报道,一个国际科研小组9日在国际权威杂志《科学》杂志上报告说,他们把二氧化碳注入地下玄武岩层,并借助自然化学反应将二氧化碳转化为固态碳酸盐。

  长期以来,碳捕捉与封存技术(carbon capture and storage,CCS)被视为应对全球变暖的一种重要方案,即从工业生产或燃烧化石燃料所产生的气体中分离出二氧化碳,然后注入一定深度的地下岩层中封存。通常选择的封存地点是废弃油气田等,但一些专家担心,这些气体将来还会泄漏回地面,技术安全性有待验证。

在冰岛试验的碳捕捉封存计划“碳固定”,把二氧化碳注入地下玄武岩层,转化为固态碳酸盐。在冰岛试验的碳捕捉封存计划“碳固定”,把二氧化碳注入地下玄武岩层,转化为固态碳酸盐。

  与水混合注入地下

  为此,美国和欧盟的一些机构从2012年开始在冰岛实施名为“碳固定”的试点项目。冰岛有多座活火山,火山喷发形成的玄武岩广泛存在于地下,这种岩石的钙、镁、铁含量高,可与二氧化碳发生化学反应,生成固态的碳酸盐矿物质。

  这个项目由美国哥伦比亚大学、冰岛大学、冰岛雷克雅未克能源公司、英国南安普敦大学等机构联合实施,研究人员先把此前收取的二氧化碳与水混合,然后注入地下400米至800米深处的玄武岩层中。

  科学家希望玄武岩能够储藏及永久矿化大量的气体。在玄武岩中,溶解的二氧化碳能够与钙和镁发生化学反应,并在数十年中形成石灰岩。

  一些专家原以为相关化学反应需经过数百年乃至数万年才能完成,但最新研究显示,这一化学反应的速度比此前预测要快得多。

  “我们的研究结果显示,所注入的二氧化碳含量的95%至98%在不到两年内便发生了钙化(即转化为固态碳酸盐),”论文第一作者、南安普敦大学地质工程学副教授于尔格·马特(Juerg M. Matter)在一份声明中说,“这个速度非常令人吃惊。”

  缺点是消耗大量水

  马特说,固态碳酸盐矿物质没有泄漏风险,因而这种方式可以永久且对环境无害地封存二氧化碳。玄武岩是地球上最常见的岩石类型之一,在世界许多地方的大陆边缘地带广泛存在,因此有潜力用于大量封存二氧化碳。

在冰岛试验的碳捕捉封存计划“碳固定”,把二氧化碳注入地下玄武岩层,转化为固态碳酸盐。在冰岛试验的碳捕捉封存计划“碳固定”,把二氧化碳注入地下玄武岩层,转化为固态碳酸盐。

  但专家也表示,用上述方法将二氧化碳注入玄武岩层之前,需先把二氧化碳与水混合,因而所需用水量非常大,封存1吨二氧化碳需要大约25吨水。未来可以探索使用海水来解决这个问题。

  “碳固定”是一个小型试点项目,目前冰岛雷克雅未克能源公司正在开展更大规模的试验,把从一个地热发电厂每年捕捉的近5000吨二氧化碳封存到地下。研究人员认为,这种新型固碳技术将会提高公众对碳捕捉与封存技术的接受度。

在冰岛试验的碳捕捉封存计划“碳固定”,把二氧化碳注入地下玄武岩层,转化为固态碳酸盐。在冰岛试验的碳捕捉封存计划“碳固定”,把二氧化碳注入地下玄武岩层,转化为固态碳酸盐。

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  由于过度使用化石原料产生了过多二氧化碳,而人类无法消费多出的庞大部分,所以造成了一系列气候和生态问题,于是碳捕捉与封存概念应运而生。

  碳捕捉与封存技术是指将大型发电厂所产生的二氧化碳收集起来,并用各种方法储存以避免其排放到大气中的一种技术。这种技术被认为是未来大规模减少温室气体排放、减缓全球变暖最经济、可行的方法。因此,完成封存仅是成功的一半:科学家和工程师还必须找出如何从工业设施里捕获二氧化碳,并以最节约成本的方式将它们运输到隔离地点。

  二氧化碳封存的方法有许多种,一般说来可分为地质封存和海洋封存两类。地质封存一般是将二氧化碳注入地质结构中,这些地质结构可以是油田、气田、咸水层以及无法开采的煤矿等。研究表明,二氧化碳性质稳定,可以在相当长的时间内被封存。若地质封存点经过谨慎的选择、设计与管理,注入其中的气体可封存1000年以上。海洋封存是指将二氧化碳通过轮船或管道运输到深海海底进行封存。

在冰岛试验的碳捕捉封存计划“碳固定”,把二氧化碳注入地下玄武岩层,转化为固态碳酸盐。在冰岛试验的碳捕捉封存计划“碳固定”,把二氧化碳注入地下玄武岩层,转化为固态碳酸盐。

  二氧化碳的捕捉方式主要有三种:燃烧前捕捉、富氧燃烧和燃烧后捕捉。捕捉到的二氧化碳必须运输到合适的地点进行封存,可以使用汽车、火车、轮船以及管道来进行运输。而且即使一个碳矿化产业能够启动,要在全球水平上建立它,将需要完成一个重建石油工业规模的任务量。

  作为一项新的减排技术,碳捕捉与封存技术尚处于研发阶段,并未开始大规模商业推广,在技术上和制度上都存在着许多问题和障碍。在政策法规方面,对于碳捕捉与封存技术的应用,特别是二氧化碳的运输与封存,缺乏明确的监管监测相关法律法规将会成为严重的阻碍。

  目前,与碳捕捉与封存技术相关的国际法律框架可分为两个方面: 一是对碳捕捉与封存的技术界定,如《联合国气候变化框架公约》及其《京都议定书》等;二是对于捕捉的二氧化碳在海洋封存的规定,如《联合国海洋法公约》和《防止倾倒废物和其他物质污染海洋的公约》等。

  欧盟一直以来不但是碳捕捉与封存技术研发的先驱,同时也始终积极倡导碳捕捉与封存的相关立法和各方面实施的制度化和规范化。欧盟委员会为加强对碳捕捉与封存实施的管理,于2008年1月发布了二氧化碳封存指令草案。该指令为应对气候变化、确保二氧化碳的地质封存不对环境造成危害提供了法律框架。此外,欧盟还成立了专门的技术委员会,对碳捕捉与封存的具体实施进行指导和协助。

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