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撰文：史蒂文·L·布萊恩特（Steven L. Bryant）?

本文作者史蒂文·L·布萊恩特是得克薩斯大學(xué)奧斯汀分校石油工程和地質(zhì)工程系教授，也是該校地下能源安全前沿中心（Center for Frontiers of Subsurface Energy Security）主任，并負(fù)責(zé)了一項(xiàng)由能源公司資助的研究項(xiàng)目。這個(gè)項(xiàng)目和他領(lǐng)導(dǎo)的能源安全前沿中心都致力于二氧化碳的地質(zhì)封存研究。

翻譯：謝叢姣

二氧化碳是導(dǎo)致氣候變化的直接因素。要減少大氣層中的二氧化碳含量，需要人們付出不菲的代價(jià)轉(zhuǎn)而使用其他能源以代替當(dāng)今的主要能源——石油和煤碳，或采用成本高昂的技術(shù)捕集由各種企業(yè)排放的二氧化碳并封存起來。

如果有一種技術(shù)，既能產(chǎn)生大量能量，又可明顯減少溫室氣體的排放，而且還與現(xiàn)有的工業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施非常匹配，它會(huì)帶來怎樣的影響？這種假設(shè)將在美國(guó)的墨西哥海灣成為現(xiàn)實(shí)。由于那里有著特殊的地質(zhì)條件，可以把大量的二氧化碳封存在地面幾千米之下的熱鹽水層中，這個(gè)封存過程也能夠產(chǎn)生大量的甲烷和可用熱能。

封存二氧化碳

研究人員將化石燃料發(fā)電廠排放的廢氣中的二氧化碳分子作為捕集和封存的目標(biāo)，并試圖使其封存在地下而無法進(jìn)入大氣層。科學(xué)家也已經(jīng)從理論上分析得出，位于地下幾千米內(nèi)的沉積巖的孔隙能封存幾個(gè)世紀(jì)排放的二氧化碳。

下一步則是要使用已經(jīng)相對(duì)成熟的石油和天然氣開采技術(shù)來實(shí)現(xiàn)二氧化碳封存。但二氧化碳會(huì)隨著時(shí)間的推移通過巖石的裂縫和孔隙擴(kuò)散到大氣層。科學(xué)家隨后發(fā)現(xiàn)，二氧化碳溶解在水中時(shí)，液體的密度卻會(huì)增加，而地下大多數(shù)水溶液是鹽水，當(dāng)二氧化碳溶解在含鹽的流體中時(shí)，鹽水的密度也會(huì)變大。研究人員利用這一性質(zhì)將二氧化碳封存起來，使其下沉到溶液底部，由此解決了二氧化碳向上擴(kuò)散的問題。

但二氧化碳在通常的溫度和壓力下需要很長(zhǎng)時(shí)間才能溶解在地下鹽水中。因此，本文作者史蒂文·L·布萊恩特和他的研究生提出了一個(gè)大膽的想法：鉆一口到達(dá)鹽水層的井，將鹽水從地層中取出、加壓、注入二氧化碳，最后將溶解了二氧化碳的鹽水注回地下。但從鉆井所需成本以及運(yùn)行它們所需能量來看，封存二氧化碳似乎很不劃算。

“能源金字塔”

一位來自德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校的石油工程學(xué)家加里·波普發(fā)現(xiàn)了一種“隱藏”的能源。美國(guó)墨西哥灣地下深處的鹽堿含水層中含有豐富的溶解性甲烷，甲烷又是天然氣的主要成分，可以就地傳送給當(dāng)?shù)匕l(fā)電廠發(fā)電或者通過發(fā)達(dá)的天然氣管網(wǎng)輸送到其他地區(qū)。將甲烷從鹽水中提取出來，再將二氧化碳溶解其中，由此所獲得的收益將會(huì)超過隔離二氧化碳所需的成本。

雖然能源開采越發(fā)困難，但能源總量卻很可觀。在“能源金字塔”中的頁(yè)巖氣之下就是溶解在地下鹽水層中的甲烷。甲烷在鹽水中的濃度僅相當(dāng)于頁(yè)巖氣的1/5，但總量驚人。據(jù)估計(jì)，僅在美國(guó)墨西哥灣沿岸的地下鹽水層中就儲(chǔ)存了幾千甚至幾萬萬億立方英尺的甲烷。

形成閉環(huán)系統(tǒng)

無論是將二氧化碳封存于地下，或是從鹽水中提取甲烷、獲取地?zé)崮芰浚瑢⑦@三者組合到一個(gè)連環(huán)系統(tǒng)內(nèi)便可形成互相支持的狀態(tài)。那么，這個(gè)系統(tǒng)能否隔離足夠的二氧化碳，進(jìn)而能夠在很大程度上完成減排任務(wù)？

研究人員對(duì)墨西哥灣做了一些評(píng)估。該區(qū)域有很多化石燃料發(fā)電廠和其他產(chǎn)生大量二氧化碳的工廠，墨西哥灣沿岸地下也有著巨大的鹽水儲(chǔ)層。此外，該區(qū)人口眾多，可以消耗大量的地?zé)豳Y源。

每年封存10億噸二氧化碳（這是目前美國(guó)排放速度的六分之一），這需要每天注入和抽取4億桶鹽水。盡管數(shù)字驚人，但利用10萬口注入井和抽取井還是能夠達(dá)成目標(biāo)的。這個(gè)連環(huán)式的二氧化碳封存方案附帶產(chǎn)生的能源效益也足以支撐整個(gè)系統(tǒng)。每年封存10億噸二氧化碳會(huì)產(chǎn)出約4萬億立方英尺的天然氣，地?zé)崮艿漠a(chǎn)出量同樣可觀。

研究人員認(rèn)為，假如將產(chǎn)出的甲烷用于火電廠發(fā)電，甚至無需回收這些甲烷產(chǎn)生的二氧化碳，該系統(tǒng)甚至在之后100年內(nèi)能使二氧化碳的排放量下降800億噸。