王丹红

    本报综合消息 在地层深处埋藏二氧化碳是降低大气二氧化碳浓度的方法之一，这种方法被称为地质封存。如今，据《科学》杂志在线报道，对地质封存二氧化碳效果进行测试的科学家们发现，被注入地层深处的二氧化碳会停留在存储的地方，但这些二氧化碳却破坏了储藏带的矿物质。新发现提出了地质封存二氧化碳的风险，研究人员警告说，在决定用地质封存法缓解温室气体之前，还需要深入仔细的研究。

    这项新发现发表在最新出版的《地质学》期刊上。参加一项名为“Frio Brine先锋实验”项目的美国研究人员报告说，储藏在地表下1550米深处的二氧化碳会停留在原处，并与这里的物质发生化学反应，产生危险的金属化合物和有机物质，而且还会大量消溶保存它们的矿物质，但研究还未发现二氧化碳有泄漏现象。

    二氧化碳是大气中的主要温室气体，大气中的温室气体会截留从地面上反射的太阳光，因此大气中高浓度的二氧化碳含量会迫使全球气候变暖，导致洪水、严重的热带风暴、沙漠化和热带地区扩大等问题。大气中的二氧化碳主要是由燃烧化石燃料产生的，在工业革命时期，大量释放的二氧化碳堆积在大气中，而人类生活质量的提高也导致大气中额外的二氧化碳堆积。

    目前降低大气中二氧化碳的方法包括能源的合理和有效地使用；用天然气代替煤做燃料；用风能、太阳能和核能代替化石能源；通过热带雨林、树木或农场等的陆地封存；海洋处置；矿物封存以及地质封存等。哪种方法最好呢？科学家们认为，必须综合采用多种方法来降低现在和将来大气中的二氧化碳浓度。

    地质封存是将二氧化碳加压灌注至合适的地层中，用地层的孔隙空间储存二氧化碳。该地层之上必须有透水层作为盖层，以封存注入的二氧化碳，防止泄漏。在石油采钻业中，通常的做法是用钻孔机将二氧化碳注入地层以采集更多的石油。

    为了研究地质封存作为缓解大气二氧化碳的方法的可行性，这种方法对人、动物、饮用水和环境的安全影响，以及这种方法是否能用于减少墨西哥湾的大量废气，美国能源部资助启动了一项名为“Frio Brine先锋实验”的项目。该项目是将小规模的二氧化碳注入地层深处，然后密切观察地层中二氧化碳的运动以及储藏点上面地层的变化，再用计算机数字模型模拟二氧化碳流的变化，并与实际状况进行对比，最后对比结果以决定当大量二氧化碳注入地下深处后会发生什么样的情况。

    美国地质勘测局的地球化学家Yousif Kharaka是“Frio Brine先锋实验”项目的负责人，参加人员包括得克萨斯大学经济地质部的研究人员，得克萨斯美国资源公司的研究人员，劳伦斯利物莫国家实验室、劳伦斯伯克利国家实验室和橡树林国家实验室的研究人员等。

    在实验中，研究人员将1600吨二氧化碳注入到得克萨斯州休斯敦东北一油田地下1550米深处的沙岩层，Kharaka说：“我们是首次对这个问题进行大规模的研究，我们想看看事情如何进展。”他和同事发现，二氧化碳导致储藏地层中盐水的pH值从近乎中性的6.5降到像醋一样酸的3.0。他们认为，这一变化导致液体溶解了“大量的矿物质”，释放出铁和锰等金属元素，有机物质也进入这种溶液中，大量的碳酸盐被溶解。

    Kharaka尤其担心碳酸盐的溶解，因为通常情况下这会导致岩石中的化学封条出现小孔或破碎、二氧化碳泄漏，以及被污染的盐水进入上面供饮用和灌溉的蓄水层。他认为可能还有更多的麻烦，比如酸性物质袭击堵塞废弃油井的水泥封条中的碳酸盐。目前，美国境内散布着2500万个这类被废弃的油井或天然气井。他说：“当我们考虑如何解决二氧化碳的问题时，我们也需要考虑因此造成的环境问题。”　

    但劳伦斯利物莫国家实验室的地质学家Julio Friedmann却认为，二氧化碳在储藏点侵蚀水泥封条的问题没有那么严重。他说：“地球的地壳有良好的设计，可以储藏其中的二氧化碳。”他指出在过去30年中，美国80%的油井都注入了二氧化碳，却从来没有看到过灾难性的事情发生。然而，他也承认Frio Brine项目确实提出了以前不曾考虑过的风险，比如储藏的二氧化碳是否会渗入较浅的蓄水层。

    另据，来自最新一次北京香山科学会议的消息，中国有关学者正在密切关注与二氧化碳地下储存相关的科学问题。相关报道见今日本报A3版。 
　

这口观测井将监控卡车中的液体二氧化碳注入地下1500米深处后的情况。

    文/潘锋

    二氧化碳是引起全球气候变化的最主要的温室气体之一，控制二氧化碳排放问题受到世界各国的广泛关注。控制温室气体排放、减缓气候变化已成为我国实施可持续发展战略的重要组成部分。在日前召开的以“温室气体（二氧化碳）控制技术及关键问题”为主题的第279次香山科学会议上，来自能源、化工、环境等不同领域的专家，就寻找适合我国国情的控制二氧化碳排放技术路线与战略进行了研讨。

    二氧化碳减排难点

    研究表明，二氧化碳来源于人类对煤、天然气和石油等化石能源的过渡开发与利用，特别是工业革命以后人类越来越依赖于化石能源。人类向大气排放的温室气体主要有：二氧化碳、甲烷、氮氧化物和其他气体，其中大约60％的温室效应是由二氧化碳产生的。

    会议执行主席、中国科学院工程热物理研究所徐建中院士在题为《控制二氧化碳排放的若干科学问题》的报告中说，随着人类对化石能源的依赖越来越大，二氧化碳减排成为人类必须解决的、不可回避的重大问题。

    二氧化碳排放源分布广泛，涉及到工业、交通、建筑、农业和管理等各个领域，由于各二氧化碳排放源不同，很难用单一的方法分离回收。传统分离和回收二氧化碳的技术主要有吸收法、吸附法、膜分离法和深冷法等。但不论采用哪种二氧化碳分离方法，分离过程的能耗都很高，这不仅意味着额外增加了单位发电量或产品的二氧化碳排放量，而且大幅降低了能源系统效率。如吸附法中包含了一个解吸过程，需要依靠压力或温度的改变将二氧化碳与吸附剂分离，压力变化或温度变化不可避免地带来大量的能量损失。而膜分离技术的难点在于受到膜材料的限制，导致膜成本较高，致使该方法目前不能大规模推广使用。

    二氧化碳被分离后，需要存储起来，才能达到与大气隔离的目的。由于二氧化碳量巨大，每年达百亿吨，如此大量的二氧化碳安全存储，也是二氧化碳减排的难点之一。2003年，全球二氧化碳的排放总量约为237亿吨，对如此大量的二氧化碳进行捕获和封存是一件非常困难的事。

    会议执行主席、清华大学化学工程系费维杨院士说，二氧化碳的储存技术主要有深海储存等多种形式，但目前许多研究工作才刚刚开始，二氧化碳的储存技术有可能产生的一些新问题尚有待深入研究。

    减排中的关键科学问题

    徐建中说，由于二氧化碳排放的范围广、涉及的领域多，问题复杂，并不是靠一两个方法就可以得到解决，在对二氧化碳减排途径进行研究时需要关注的几个关键科学问题有：一是化石能源高效利用新方法和新机理研究，要打破传统化石能源利用模式，开拓化石能源利用的新方法和新机理，以进一步提高能源转化与利用效率、减少化石燃料消耗和二氧化碳的排放；二是可再生能源与化石能源互补利用的方法和机理研究，将可再生能源与化石能源利用结合起来，通过化石能源和可再生能源的互补，不但可以克服可再生能源不连续的缺点，还可以促进可再生能源的利用，减少化石能源的消耗；三是生物固碳方面的研究，我国林地覆盖面积和生物量相对较低，研究造林、林地恢复、丰产林管理、采伐管理、森林防火和病虫害控制等方面的科学问题，将有助于森林固碳量，减少碳排放。

    将二氧化碳从固定排放源排放的尾气或其他气体中分离并存储，是减少二氧化碳排放的重要方法。

    但现有的二氧化碳分离技术在把二氧化碳分离出来后将消耗大量的能量，研究新型二氧化碳分离方法，降低二氧化碳分离能耗是减少固定排放源二氧化碳排放量所需解决的关键问题之一。二氧化碳资源化利用方法创新、系统整合控制二氧化碳排放的方法及机理等都有待进行深入的研究。

    国家发展和改革委员会能源研究所研究员徐华清介绍说，到2020年，中国应对气候变化的总体目标设想为：减缓温室气体排放取得显著成效，适应气候变化的能力不断增强，气候变化相关的科技与研究水平取得新的进展，公众的气候变化意识明显提高，气候变化领域的机构和体制建设得到进一步发展。国家将大力推进技术开发和推广利用力度，加强煤的清洁高效开发和利用的技术研究，加强油气资源勘探开发利用技术和可再生能源技术等方面的研究，增强自主创新能力，促进能源工业可持续发展，增强应对气候变化的能力。

    中国二氧化碳减排之路

    徐建中认为，针对我国能源利用现状，目前我国减少二氧化碳排放可以有多种途径，如提高能源转化与利用效率，降低化石能源的消耗；改变能源消耗结构；提高可再生能源和核能在能量供应中的份额；增强生物固碳和二氧化碳资源化利用等。

    如针对我国能源转化与利用效率低下的现实，提高我国能源利用水平，特别是煤炭的能源利用效率，达到国际先进水平是实现我国减少二氧化碳排放的短期途径，具有非常大的潜力和可行性。从中长期来看，还要继续研究先进的能源转化与利用装置和系统，进一步提高系统的能源转化效率。单位能量的化石燃料中煤的含碳量最高，石油次之，天然气最少，用含碳量较少的天然气和石油替代煤，必然减少二氧化碳的排放，应鼓励用天然气和石油等相对低碳燃料替代高碳燃料煤，改变能源结构是解决我国二氧化碳减排问题的重要途径之一。

    可再生能源属于低碳或非碳能源，可有效减少二氧化碳的排放量。提高可再生能源在能源供应中的份额，有助减少化石能源的消耗量。如我国太阳能资源非常丰富，我国2/3以上地区年日照时数都大于2000小时，太阳能一年的理论储量高达17000亿吨标准煤。

    植被可以吸收空气中的二氧化碳，并将它固定在植物体内和土壤中，例如每公顷丰产速生林可以固定56吨二氧化碳。因此，可以通过增加丰产速生林的面积降低大气中二氧化碳的含量，缓解温室效应。有关研究表明，中国陆地生态系统的碳贮量目前处于一种低水平状态，因此中国陆地生态系统的碳库贮存潜力很大，生物固碳成为短期二氧化碳控制的最切实可行的途径之一。但是生物固碳要占用大量土地，而我国人地矛盾突出，因此受到环境条件的制约。而二氧化碳的捕获和存储被认为是从根本上解决二氧化碳减排问题的途径之一，受到了广泛的重视。

    与会专家指出：我国是较早批准《京都议定书》的国家之一。作为一个负责任的大国，对全球温室气体减排作出了应有的贡献。未来，随着我国经济的高速发展，能源消耗量还会继续增加，“后京都时代”我国将面临更大的压力，积极开展二氧化碳减排方面的基础性研究，探索符合我国国情的二氧化碳减排之路迫在眉睫。

    [科学时报]