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安全有效碳封存的关键

某些岩石可以天然阻止埋藏的二氧化碳。

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令环保主义者失望的是,煤炭在美国电力市场仍占主导地位。该国近 50% 的电力来自燃烧煤炭产生蒸汽,驱动发电涡轮机。美国燃煤电厂每年排放约 21 亿吨二氧化碳——几乎占全球煤炭排放量的 17%——而寻找减少美国和中国(中国的煤炭消耗量比我们更大)排放量的技术对于应对全球变暖至关重要。一个经常被提及但很少使用的解决方案是捕获烟囱排放的二氧化碳,并将其泵入地下,注入被不可渗透的页岩覆盖的岩石中,这个过程称为碳捕获与封存。人们担心注入的物质可能会泄漏并冒泡到地表,从而使整个过程失去意义。

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如今,一项英国地质学家的研究表明,砂岩可以快速吸收气体,可能提供一个安全、防漏的储层。去年,英国利兹大学教授布鲁斯·亚德利(Bruce Yardley)在北海的一个 BP 油田监测石油开采。为了加快石油流向地表的速度,海水被泵入井底。当亚德利分析注入水的样本时,他发现水中富含二氧化硅。这表明周围砂岩中的水和矿物质比预期的要快得多——两年而不是一个世纪——与注入的海水达到了化学平衡。

过去的研究表明,当二氧化碳注入砂岩时,它会溶解岩石中常见的碳酸盐,改变周围水的化学性质,形成会侵蚀岩石孔洞的碳酸。这可能导致 CO2 泄漏。基于硅酸盐与海水反应的速度,亚德利认为,当 CO2 注入像长石这样的高硅酸盐矿物时,它也会迅速反应,形成堵塞岩石孔隙并捕获气体的粘土和碳酸盐。

多孔、富含长石的砂岩地层在全球范围内都很丰富——在淡水体下方的盐水含水层中、在煤层中以及在老化的油气田中。像北达科他州比乌拉的 Great Plains Synfuel Plant 这样的工业规模碳捕获设施(该设施将 CO2 输送到加拿大,并注入油井以提高石油采收率)已经存在,并且从未检测到泄漏。尽管碳捕获与封存吸引了越来越多的支持者,包括自然资源保护委员会等环保组织,但也引起了 Greenpeace 等批评者以及美国地质调查局的Yousif Kharaka(pdf)等怀疑论者的关注,他已证明泄漏的 CO2 会使周围水体酸化,与卤水混合并浸出金属,对人类和野生动物构成潜在健康风险。亚德利的发现可以缓解这些担忧。

Kharaka 表示,亚德利的这项研究是他所了解的最全面的研究之一,但他更倾向于进一步研究。尽管来自 FutureGen(一个价值 18 亿美元的“零排放”原型燃煤电厂,部分由美国能源部资助)的新数据可能会到来,但它不太可能在 2012 年之前投入使用。亚德利的这项研究让人希望这项技术现在就可行,而在这样一个对煤炭需求不太可能减少的世界里,快速反应——无论是在砂岩中还是在燃煤电厂——可能正是我们所需要的。

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