二氧化碳排放太多怎么辦？試試把它們埋進(jìn)海底

氣候變化是人類面臨的最緊迫的挑戰(zhàn)之一。為了應(yīng)對其潛在的災(zāi)難性影響，科學(xué)家們正在尋找新的技術(shù)來幫助世界實現(xiàn)碳中和的目標(biāo)。

 

　　一種潛在的解決辦法吸引了科學(xué)家的注意力：在海底沉積物下以水合物的形式捕獲和儲存二氧化碳。這種水合物是由上方海水重量產(chǎn)生的自然壓力保持的。然而，一個主要的問題是，這種形式的二氧化碳在儲存期間能否保持穩(wěn)定。

 

一種潛在的控制碳排放的方法是將二氧化碳封存在深海水合物中 | 參考資料[1]
 

　　現(xiàn)在，新加坡國立大學(xué)化學(xué)和生物分子工程系的研究人員首次用實驗證明了二氧化碳水合物在海洋沉積物中的穩(wěn)定性，這是使這種碳儲存技術(shù)可行的重要一步。

 

　　這項研究的首席研究員 Praveen Linga 教授說： “這是這類實驗的首個證據(jù)，我們希望能夠據(jù)此促進(jìn)這種碳儲存技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。”該研究團(tuán)隊的研究結(jié)果——作為新加坡能源中心資助項目的一部分——首次發(fā)表在科學(xué)期刊《化學(xué)工程雜志》上。

 

　　研究團(tuán)隊使用了一種特別設(shè)計的反應(yīng)器，證明二氧化碳水合物可以在海洋沉積物中保持穩(wěn)定長達(dá)30天。研究小組表示，同樣的方法還可以用來驗證二氧化碳水合物在更長時間內(nèi)的穩(wěn)定性。

 

　　在海洋產(chǎn)生的低溫高壓條件下，二氧化碳會被困在水分子中，形成類似冰的物質(zhì)。這種二氧化碳水合物形成的溫度剛好高于水的冰點，可以在1立方米的水合物中儲存多達(dá)184立方米的二氧化碳。

 

　　在世界各地類似的海洋環(huán)境中，都發(fā)現(xiàn)了穩(wěn)定存在的甲烷水合物，這進(jìn)一步支持了存儲在深海沉淀物中的二氧化碳水合物能保持穩(wěn)定與安全的論點。

 

　　研究團(tuán)隊表示，這項技術(shù)有希望發(fā)展成為具有一定商業(yè)規(guī)模的工藝，使得像新加坡這樣的國家每年可以高效地將超過200萬噸的二氧化碳固定為水合物，從而達(dá)到減排目標(biāo)。

 

　　Linga教授和他的團(tuán)隊使用特殊設(shè)計的設(shè)備重現(xiàn)了深海海底的環(huán)境，那里的溫度在2℃到6℃之間，壓力是海平面的100倍。建立一個能夠維持這種條件的大型反應(yīng)器是一項挑戰(zhàn)，這也是以前無法進(jìn)行二氧化碳水合物穩(wěn)定性試驗的原因之一。新加坡國立大學(xué)的團(tuán)隊利用內(nèi)部設(shè)計的加壓容器克服了這一挑戰(zhàn)，容器內(nèi)襯有硅砂層，模擬海洋沉積物。

 

　　團(tuán)隊在儀器頂部和硅砂層內(nèi)制得固體水合物，并將加壓容器設(shè)置為模擬海洋條件，以觀察形成的固體二氧化碳水合物在沉積物中的穩(wěn)定性。在加壓條件下，團(tuán)隊對水合物進(jìn)行了14-30天的觀察，發(fā)現(xiàn)水合物具有高度的穩(wěn)定性。

 

　　這一水合物技術(shù)將使各國目前在枯竭油氣儲量和鹽水層中的碳儲存外，還可以在深海地質(zhì)構(gòu)造中封存大量的碳排放。對于像新加坡這樣設(shè)定了在2050年前實現(xiàn)碳中和目標(biāo)的國家來說，這項技術(shù)可能成為減少二氧化碳排放的重要方法。

 

　　“為了實現(xiàn)碳中和目標(biāo)，我們必須考慮具備一定規(guī)模和速度的封存二氧化碳的新方法。像二氧化碳水合物這樣封存在沉積物中是一個具有前景的解決方案。”。

 

　　研究團(tuán)隊的下一步研究計劃，將是擴(kuò)大實驗的規(guī)模和時間尺度。

 

　　林加教授表示：“從實驗的角度來看，我們計劃將這項技術(shù)的規(guī)模擴(kuò)大10倍，同時進(jìn)一步創(chuàng)新開發(fā)可量化的工具和方法。”他還表示，展望未來，研究小組的目標(biāo)是盡快證明二氧化碳水合物具備至少六個月的穩(wěn)定性。

 

Linga教授展示能夠重現(xiàn)海底環(huán)境的實驗設(shè)備 | 參考資料[3]Linga教授展示能夠重現(xiàn)海底環(huán)境的實驗設(shè)備 | 參考資料[3]

　　該團(tuán)隊還在最近宣布，新加坡政府將在低碳能源研究基金倡議下提供資金，用于開發(fā)尖端的低碳能源技術(shù)解決方案，這將極大地支持這種儲存技術(shù)的發(fā)展。通過未來計劃中的實驗，團(tuán)隊希望能開發(fā)出能夠預(yù)測二氧化碳水合物在數(shù)千年后穩(wěn)定性的模型。

 

　　參考文獻(xiàn)

 

　　[1] Qureshi M F， Zheng J， Khandelwal H， et al。 Laboratory demonstration of the stability of CO2 hydrates in deep-oceanic sediments[J]。 Chemical Engineering Journal， 2022， 432： 134290。

 

　　[2]https：//www.eurekalert.org/news-releases/945561

 

　　[3]https：//news.nus.edu.sg/nus-research-shows-co2-could-be-stored-below-ocean-floor/

 

　　編譯：矩陣星

 

　　編輯：酥魚

 

　　排版：尹寧流

 

　　題圖來源：圖蟲創(chuàng)意

 

　　研究團(tuán)隊

 

　　通訊作者 Praveen Linga：新加坡國立大學(xué)化學(xué)和生物分子工程系教授，2009年獲不列顛哥倫比亞大學(xué)博士學(xué)位，主要研究方向為天然氣水合物開發(fā)、二氧化碳儲存與利用、能源儲存與海水淡化等。

 

　　課題組主頁 https：//blog.nus.edu.sg/lingalab/

 

　　第一作者 M Fahed Qureshi：新加坡國立大學(xué)化學(xué)和生物分子工程系博士后 ，主要研究方向為氣體水合物、海洋二氧化碳截存等。

 

　　論文信息

 

　　發(fā)布期刊 《化學(xué)工程雜志》 Chemical Engineering Journal

 

　　發(fā)布時間 2022年3月15日

 

　　論文標(biāo)題Laboratory demonstration of the stability of CO2 hydrates in deep-oceanic sediments

 

　　（DOI：10.1016/j.cej.2021.134290）

 

　　文章領(lǐng)域 化學(xué)工程，二氧化碳捕獲與儲存