采用堆疊地質(zhì)實現(xiàn)更好的碳儲存采用堆疊地質(zhì)實現(xiàn)更好的碳儲存

所有碳捕獲和儲存項目的總體目標都是相同的：將二氧化碳(CO 2)永久儲存在地下，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 蓋有大蓋子的儲層空間——大蓋子是一種不透水的蓋層，可以將氣體固定在原地，阻止任何向上流動的氣體。這是石油勘探人員幾十年來在尋找石油圈閉時所依賴的模型，它對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)濟地質(zhì)局領(lǐng)導(dǎo)的研究，被數(shù)百個小蓋子覆蓋的地下儲層——統(tǒng)稱為“復(fù)合限制系統(tǒng)”——可能是長期封存碳的更好選擇。

這對碳儲存行業(yè)來說是個好消息。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。

“在美國最大的排放集中區(qū)下方，我們擁有令人難以置信的水庫，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。“這項研究的動機非常本地化，但應(yīng)用卻是全球性的。”

許多從事碳儲存工作的人都從事石油和天然氣行業(yè)，包括 Bump。這兩個行業(yè)在儲層地質(zhì)學(xué)和流體動力學(xué)方面擁有相似的知識基礎(chǔ)。然而，據(jù) Bump 稱，這也導(dǎo)致了一些關(guān)于最佳碳儲存方案的假設(shè)，即已被證實為石油圈閉的同類蓋層封閉儲層也應(yīng)該是儲存碳的首選地點。

Bump 認為，碳氫化合物的生產(chǎn)和碳儲存之間存在著關(guān)鍵的差異，這值得我們重新思考這些傳承下來的概念。

“在石油領(lǐng)域，生產(chǎn)的目標傾向于大容量、集中、移動的聚集，因此我們探索大型圈閉和具有不透水封層的高滲透性儲層，”Bump說。

Bump 表示，同樣的模型也適用于碳儲存，但使其適用于石油生產(chǎn)的因素也使其在儲存中存在風(fēng)險。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 會泄漏出來。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散到 儲層中的可用孔隙空間。這樣一來，它們就有效地固定了二氧化碳。即使可能有逃逸路徑，也幾乎沒有或根本沒有移動的二氧化碳來 為其提供補給。

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。但毛巾不會有水溢出的風(fēng)險。毛巾只是把水吸干而已。

在《國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 通過提供來自實驗?zāi)Ｐ?、?shù)值模擬和實際儲層的數(shù)據(jù)，論證了復(fù)合限制系統(tǒng)用于二氧化碳儲存的可行性。 他們的實驗和數(shù)值模型表明，屏障的長度和頻率是影響限制系統(tǒng)有效性的兩個最重要因素。他們還發(fā)現(xiàn)，屏障不必特別堅固即可有效。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散到整個儲層，而幾乎不會向地表遷移。

巴普表示，下一步計劃是宣傳用于碳儲存的復(fù)合封閉系統(tǒng)。他目前正在制定最佳實踐指南，以尋找和批準此類二氧化碳儲存庫 。

“這實際上是在創(chuàng)建一本用戶手冊，”Bump 說。“我們正在研究如何采納一個好主意并加以應(yīng)用。墨西哥灣沿岸已經(jīng)有商業(yè)項目在推進這一項目。我們希望使其成為全球碳儲存工具包的標準組成部分。”

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