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澳大利亚联邦科学与工业研究组织土地与水研究分部学者访问三亚深海所

2015-11-09 三亚深海科学与工程研究所(筹)
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  11月6日,澳大利亚联邦科学与工业研究组织土地与水研究分部研究员邓海琳到中国科学院三亚深海科学与工程研究所(筹)访问交流,并进行了题为“关于大陆含咸水地层的CO2地质封存及其对深海CO2储存的启示”(CO2 Geological Sequestration in Saline Aquifers and its Implications on CO2 Storage in Deep Sea)的学术报告。
    邓海琳,1998年获中科院地球化学研究所矿床地球化学博士学位,2009年在佛罗里达州立大学获水文地质学博士;2010-2012年在美国能源部Los Alamos National Laboratory做博士后,从事含水层描述和非均匀性评价、CO2地质封存模拟和CO2泄漏监测理论和方法研究;2013年至今,为澳大利亚联邦科学与工业研究组织土地与水研究分部Research Scientist,从事地下水流和溶质反应输运模拟、水化学模拟、不确定性评价,地下水污染和治理、CO2地质封存模拟和CO2泄漏监测理论和方法研究。

  自工业革命以来,随着人类大量使用化石燃料(石油和天然气),导致大气中二氧化碳浓度逐渐升高。根据政府间气候变化专门委员会(Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC)的统计,当前大气中二氧化碳的含量已经比工业革命以前的含量增加了约40%。作为一种主要的温室效应气体,二氧化碳可以引起全球气候变暖和海洋酸化,甚至导致极端气候变化出现的频率增加、生物物种灭绝等。为减轻二氧化碳对气候变化的影响,碳俘获和储存(Carbon Capture, Storage, CCS)被认为可以作为减轻全球大气中温室气体的重要多元途径之一。自然界中有多个系统可以储存二氧化碳,比如深海、煤层、枯竭的油气储层以及大陆含咸水地层。其中二氧化碳在含咸水地层中的地质储存(CO2 Geological Storage,CGS)是一种最有潜力的、减少人类活动向大气中排放二氧化碳的有效途径。当二氧化碳在温度超过31.1oC,压力超过73.8bar,将由气态转变为超临界流体,能够较好地埋藏在地下。CGS是一个十分复杂的体系,很多地质、水文、地球化学、地质力学因素都会对二氧化碳的储存产生影响,特别是地质储层的孔隙度、渗透率的空间非均一性都会对二氧化碳的注入速率、二氧化碳羽流的迁移、储层的储存能力、潜在泄漏和风险评估产生重要影响。

  邓海琳选取美国怀俄明州的Rock Springs Uplift(RSU),与合作研究者一起建立了一个地层孔隙度和渗透率不均一的地质模型,以模拟二氧化碳的储存过程。之所以选取Rock Springs Uplift为试点,是由于它比较接近Jim Bridger燃煤发电厂,该电厂每年产生18Mt的二氧化碳,对怀俄明州的大气二氧化碳减排产生严重影响。他们的数值模拟结果表明:1)RSU的二氧化碳储存能力达6614±256 Mt,仅为之前的均质模型得出数值的36%;2)单井二氧化碳注入流速随时间和渗透率而变;3)单井的平均注入速率达0.43 Mt/year;4)注入的二氧化碳向储库盖层之外的泄漏率在50年尺度上不超过0.8±3.4 Mt。理论上,在RSU挖掘26 ±3口二氧化碳注入井并保证1km3地下咸水排出,即可满足二氧化碳的有效储存,并防止断裂产生(Deng et al., 2012, International Journal of Greenhouse Gas Control, 10, 397-418)。

  除了陆地,深海也是储存二氧化碳的一个潜在储库。深海储存二氧化碳具有很大的优势,比如,深海平原无断层、地震、火山,洋流平稳,可以根据情况把二氧化碳转化为液体或是水合物储存在水体中、海底、或是海底以下,但同时也有较大的缺点,比如运输成本,以及有可能由于二氧化碳溶于海水而导致海水酸化,对周围生态环境产生重大影响。对于深海储存二氧化碳的可行性仍需进一步探索。

  报告结束后,与会科研人员就相关二氧化碳等学科发展等方面同邓海琳进行了深入讨论。

打印 责任编辑:陈丹

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