二氧化碳的封存技術實際上就是把二氧化碳存放在特定的一種自然或人工“容器”中，利用物理、化學、生化等方法，將二氧化碳封存百年甚至更長的時間。森林、海洋、底層、化學反應器等都可以作為封存二氧化碳的“容器”。
基本介紹
- 中文名：二氧化碳封存技術
- 外文名：Carbon dioxide storage technology
- 套用學科：環境工程
- 適用領域範圍：大氣污染控制
- 套用：二氧化碳封存
- 性質：環保技術
釋義,運輸條件,封存技術,地質封存,地表封存,海洋封存,
釋義
二氧化碳封存是指將大型排放源產生的二氧化碳捕獲、壓縮後運輸到選定的地點長期保存，而不是釋放到大氣中。二氧化碳的封存技術尤其是地質封存正得到越來越多的關注與研究，美國、歐盟、日本、澳大利亞等都制定了相應的研究規劃，開展二氧化碳封存技術的理論、試驗、示範以及套用研究。
運輸條件
把捕集到的CO2輸送到利用或者封存地點，需要根據系統的具體條件、要求、輸送量等選擇適當的運輸方式。CO2的運輸狀態可以是氣態、超臨界狀態、液態、固態，但是從大規模運輸的可行性來看，流體態（氣態、超臨界和液態）CO2便於大規模運輸，管道運輸通常採用超臨界狀態。目前已經實踐過的CO2運輸方式主要有管道運輸、輪船運輸和罐車運輸。這三種運輸方式適合不同的運輸場合與條件。管道運輸適合大容量、長距離、負荷穩定的定向輸送。輪船適合大容量、超遠距離、靠近海洋或江河的運輸。罐車運輸適用於中短距離、小容量的運輸，其運輸相對靈活。
封存技術
目前，較大規模的CO2封存方式主要有地質封存、地表封存和海洋封存三大類。
地質封存
地質封存的基本原理就是模仿自然界儲存化石燃料的機制，把CO2封存在地層中，CO2可經由輸送管線或車船運輸至適當地點後，注入特定地質條件及特定深度的地層中。目前所提出適合作CO2地質封存的地質條件，包含舊油氣田、難開採煤層、深層地下水層等地質環境。
比較理想的地質封存環境是無商業開採價值的深部煤層（同時促進煤層天然氣回收）與油田（同時促進石油回收）、枯竭天然氣田、深部鹹水含水地層。在每種類型中，CO2的地質封存都將CO2壓縮液注入地下岩石構造中。封存深度一般要在800m以下，該深度的溫壓條件可使CO2處於高密度的液態或超臨界狀態。二氧化碳埋藏其間的時間跨度為數千年甚至上萬年，為防止二氧化碳在壓力作用下返回地表或向其他地方遷移，地質構造必須滿足蓋層、儲集層和圈閉構造等特性，方可實現安全有效埋藏。
常規地質圈閉構造包括油田、氣田和不含烴的儲氣層（主要是深部含鹽水層）三種。對於前兩種，由於熟悉已開採油氣田的構造和地質條件，利用它們來儲存CO2相對容易。利用含鹽水層儲存有兩個優點：一是含鹽水層的圈閉構造比油田和氣田更普遍；二是在含鹽水層中可能有一些適於儲存CO2的巨大儲氣構造。此外，還有一點不同的是，CO2注入含鹽水層後，經過流體力學的反應，可在含水地層中穩定上萬年，礦物地層和和富含CO2的含水層之間發生化學反應，使CO2轉化為無害的碳酸鹽沉澱下來，可以保存上百萬年。
非常規地質圈閉構造的處理包括海上與陸地兩部分，利用非常規地質圈閉構造來儲存CO2也是有效的方法。可能的地質構造或結構包括玄武岩、鹽穴、廢棄礦井以及深海海底，都是潛在的封存CO2地點的選擇對象，在沿岸和沿海的沉積盆地中也可能存在合適的封存構造，有充分滲透性且以後不可能開採的煤炭，也可能用於封存CO2，此外，把CO2埋存在地下深部的不可采深煤層還能增加煤層氣的產量。
地表封存
地表封存的基本原理是使CO2與金屬氧化物進行化學反應，形成固體形態的碳酸鹽及其他副產品。地表封存所形成的碳酸鹽，也是自然界的穩定固態礦物，可在很長的時間中提供穩定的CO2封存效果。CO2地表封存的可行性取決於封存過程所需提供的能量成本、反應物的成本以及封存的長期穩定性三個因素。每封存1t的CO2約需要1.6～3.7t含鹼土金屬的矽酸鹽岩石，並會產生2.6～4.7t的廢棄物。一旦CO2經地表封存為碳酸鹽礦物後，其封存穩定性可高達千年以上，相對於地質、海洋等其他封存機制，其封存後的監管成本較低。整體而言，CO2地表封存技術尚未成熟，高操作成本、礦業開採作業對環境的影響等議題，是後續研究的重點。
海洋封存
海洋封存的基本原理是利用海洋龐大的水體體積及CO2在水體中不低的溶解度，使海洋成為封存CO2的容器。目前海水中所含碳的總量約為大氣層的50倍，植物及土壤中總和的20倍。CO2海洋封存的潛在容量遠大於化石燃料的含量，海水能自大氣層吸收CO2的潛在能力，取決於大氣層的CO2濃度和海水的化學性質。而吸收速率的高低，則取決於表層及深層海水的混合速率。海洋每年要吸收約70×10t CO2，受限於表層及深層海水間的緩慢對流，目前，僅在大約1000m深的海洋水體中發現了因人類活動所排放CO2的證據。就阻隔CO2返回大氣層而言，灌注深度越深隔離效果越好。目前，CO2的海洋封存都是把CO2灌注于海洋的斜溫層以下，以期獲得更好的封存效果。被灌注到深海中的CO2，可以是氣態、液態、固態或水合物形態，不同灌注形態CO2的溶解速率會有差別。增加海水中CO2的濃度，會對海洋生物造成不利的影響，例如降低生物鈣化、繁殖及成長速率、遷移能力等。雖然CO2海洋封存已歷經近30年的理論發展、試驗室試驗和小規模現場測試以及模式模擬研究，但截至目前為止，尚缺乏大規模CO2海洋封存的操作實例。
一個潛在的CO2封存方案是將捕獲的CO2直接注入深海，深度在1000m以上，大部分CO2在這裡將與大氣隔離若干世紀。該方案的實施辦法是：通過管道或船舶將CO2運輸到海洋封存地點，從那裡再把CO2注入海洋的水柱體或海底。被溶解和消散的CO2隨後會成為全球碳循環的一部分。
