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(shí)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(gè)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(shí)驗(yàn)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(xiàng)研究的首席研究員 Praveen Linga 教授說： “這是這類實(shí)驗(yàn)的首個(gè)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(duì)的研究結(jié)果——作為新加坡能源中心資助項(xiàng)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(duì)使用了一種特別設(shè)計(jì)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(yàn)證二氧化碳水合物在更長時(shí)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(diǎn)，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(diǎn)。

 

　　研究團(tuán)隊(duì)表示，這項(xiàng)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(duì)使用特殊設(shè)計(jì)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(gè)能夠維持這種條件的大型反應(yīng)器是一項(xiàng)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(yàn)的原因之一。新加坡國立大學(xué)的團(tuán)隊(duì)利用內(nèi)部設(shè)計(jì)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(duì)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(duì)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(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)的國家來說，這項(xiàng)技術(shù)可能成為減少二氧化碳排放的重要方法。

 

　　“為了實(shí)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(gè)具有前景的解決方案。”。

 

　　研究團(tuán)隊(duì)的下一步研究計(jì)劃，將是擴(kuò)大實(shí)驗(yàn)的規(guī)模和時(shí)間尺度。

 

　　林加教授表示：“從實(shí)驗(yàn)的角度來看，我們計(jì)劃將這項(xiàng)技術(shù)的規(guī)模擴(kuò)大10倍，同時(shí)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(gè)月的穩(wěn)定性。

 

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

　　該團(tuán)隊(duì)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(jì)劃中的實(shí)驗(yàn)，團(tuán)隊(duì)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(duì)

 

　　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?yàn)樘烊粴馑衔镩_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?yàn)闅怏w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(shí)間 2022年3月15日

 

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

 

　?。―OI：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