所有碳捕獲和儲(chǔ)存項(xiàng)目的總體目標(biāo)都是相同的：將二氧化碳(CO 2)永久儲(chǔ)存在地下，以防止其排放到大氣中。
其中一種方法是將二氧化碳注入一個(gè) 蓋有大蓋子的儲(chǔ)層空間——大蓋子是一種不透水的蓋層，可以將氣體固定在原地，阻止任何向上流動(dòng)的氣體。這是石油勘探人員幾十年來(lái)在尋找石油圈閉時(shí)所依賴的模型，它對(duì)石油和二氧化碳都適用。但根據(jù)德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校經(jīng)濟(jì)地質(zhì)局領(lǐng)導(dǎo)的研究，被數(shù)百個(gè)小蓋子覆蓋的地下儲(chǔ)層——統(tǒng)稱為“復(fù)合限制系統(tǒng)”——可能是長(zhǎng)期封存碳的更好選擇。
這對(duì)碳儲(chǔ)存行業(yè)來(lái)說(shuō)是個(gè)好消息。這種分布式系統(tǒng)在包括德克薩斯州墨西哥灣沿岸在內(nèi)的一系列地質(zhì)環(huán)境中很常見(jiàn)。
“在美國(guó)最大的排放集中區(qū)下方，我們擁有令人難以置信的水庫(kù)，但區(qū)域性封蓋卻很少。相反，我們擁有的是大量不連續(xù)的垂直流動(dòng)障礙，”德克薩斯大學(xué)杰克遜分校地球科學(xué)學(xué)院墨西哥灣沿岸碳中心的研究副教授亞歷克斯·邦普 (Alex Bump) 說(shuō)。“這項(xiàng)研究的動(dòng)機(jī)非常本地化，但應(yīng)用卻是全球性的。”
許多從事碳儲(chǔ)存工作的人都從事石油和天然氣行業(yè)，包括 Bump。這兩個(gè)行業(yè)在儲(chǔ)層地質(zhì)學(xué)和流體動(dòng)力學(xué)方面擁有相似的知識(shí)基礎(chǔ)。然而，據(jù) Bump 稱，這也導(dǎo)致了一些關(guān)于最佳碳儲(chǔ)存方案的假設(shè)，即已被證實(shí)為石油圈閉的同類蓋層封閉儲(chǔ)層也應(yīng)該是儲(chǔ)存碳的首選地點(diǎn)。
Bump 認(rèn)為，碳?xì)浠衔锏纳a(chǎn)和碳儲(chǔ)存之間存在著關(guān)鍵的差異，這值得我們重新思考這些傳承下來(lái)的概念。
“在石油領(lǐng)域，生產(chǎn)的目標(biāo)傾向于大容量、集中、移動(dòng)的聚集，因此我們探索大型圈閉和具有不透水封層的高滲透性儲(chǔ)層，”Bump說(shuō)。
Bump 表示，同樣的模型也適用于碳儲(chǔ)存，但使其適用于石油生產(chǎn)的因素也使其在儲(chǔ)存中存在風(fēng)險(xiǎn)。例如，如果密封出現(xiàn)泄漏(例如不當(dāng)退役的油井)，那么大量濃縮的二氧化碳可能 會(huì)泄漏出來(lái)。相比之下，復(fù)合封閉系統(tǒng)的多重屏障不僅有助于防止逃逸，而且還有助于將二氧化碳羽流擴(kuò)散到 儲(chǔ)層中的可用孔隙空間。這樣一來(lái)，它們就有效地固定了二氧化碳。即使可能有逃逸路徑，也幾乎沒(méi)有或根本沒(méi)有移動(dòng)的二氧化碳來(lái) 為其提供補(bǔ)給。
Bump 比較了蓋層巖和復(fù)合方法在用桶和一堆毛巾堵漏水方面的差異。兩者都能起到作用。但毛巾不會(huì)有水溢出的風(fēng)險(xiǎn)。毛巾只是把水吸干而已。
在《國(guó)際溫室氣體控制雜志》上發(fā)表的一篇論文中 ， Bump 和墨西哥灣沿岸碳中心的同事 Hailun Ni 和 Sahar Bakhshian 通過(guò)提供來(lái)自實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?、?shù)值模擬和實(shí)際儲(chǔ)層的數(shù)據(jù)，論證了復(fù)合限制系統(tǒng)用于二氧化碳儲(chǔ)存的可行性。 他們的實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模型表明，屏障的長(zhǎng)度和頻率是影響限制系統(tǒng)有效性的兩個(gè)最重要因素。他們還發(fā)現(xiàn)，屏障不必特別堅(jiān)固即可有效。即使地質(zhì)層之間顆粒尺寸的微小減小也足以改變上升的二氧化碳羽流的路徑—— 有助于將氣體橫向擴(kuò)散到整個(gè)儲(chǔ)層，而幾乎不會(huì)向地表遷移。
巴普表示，下一步計(jì)劃是宣傳用于碳儲(chǔ)存的復(fù)合封閉系統(tǒng)。他目前正在制定最佳實(shí)踐指南，以尋找和批準(zhǔn)此類二氧化碳儲(chǔ)存庫(kù) 。
“這實(shí)際上是在創(chuàng)建一本用戶手冊(cè)，”Bump 說(shuō)。“我們正在研究如何采納一個(gè)好主意并加以應(yīng)用。墨西哥灣沿岸已經(jīng)有商業(yè)項(xiàng)目在推進(jìn)這一項(xiàng)目。我們希望使其成為全球碳儲(chǔ)存工具包的標(biāo)準(zhǔn)組成部分。”
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