二氧化碳的海洋封存

引言 海洋封存二氧化碳,是控制化石燃料燃烧导致气候变化的有效手段。本报告阐明了二氧化碳海洋封存的基本原理,简要叙述了有关二氧化碳海洋封存的科学领域,以及论述了二氧化碳海洋封存的环境影响。本报告也描述了在利用海洋封存限制大气二氧化碳浓度上升前需要进一步开展的研究。     

二氧化碳的地下封存

概述 二氧化碳（CO2）是导致全球气候变暖的主要原因,然而由于人类活动的影响,地球大气中二氧化碳的含量正在逐步增加。专家们建议,必须尽快采取一系列措施来减少进入大气的二氧化碳量。其中的一些方案是在工业生产过程中捕集数百万吨的二氧化碳,并把二氧化碳封存于地下——称为二氧化碳捕集与封存（CCS）。本文将阐述二氧化碳地质封存原理并对下述常见问题予以解答：     

封存二氧化碳能否有助于减排温室气体

引言 化石燃料供应全世界能源的75％～80％,占全球CO2排放量的四分之三。依照预测,如果人类不采取具体措施,把人为影响气候减小到最低限度,那么化石燃料燃烧排放CO2的规模在21世纪将会扩大。由此产生的后果,即全球气温上升1．4～5．8℃,气候变化和自然灾害数量的增加,会对后代产生不利的影响。     

新南威尔士深部咸水含水层二氧化碳封存潜力

概述 新南威尔士拥有全澳大利亚最大浓度的人为二氧化碳排放源,其中包括石油精练厂、炼焦厂和火力发电厂。在未来二十年内,预计仅固定碳源排放大约705千兆立方米（或24．9Tcf）的二氧化碳。特别是悉尼盆地地区有着全澳大利亚最大的二氧化碳排放源,其中11个固定的大气二氧化碳排放源排放量仅占整个国家总二氧化碳排放量的34％。     

碳封存项目井喷CO2扩散危险水平分级方法研究

针对碳封存（CCS）项目井喷后的二氧化碳（CO2）气体泄漏扩散对附近居民的影响问题,提出将CO2井喷速率作为分级指标进行扩散危险水平分级。以内蒙古自治区鄂尔多斯市伊金霍洛旗地形、气候等条件为环境背景,以神华CCS示范项目为参考,运用CALPUFF高斯扩散模型模拟发生井喷事故,计算CO2气体扩散影响范围。根据扩散范围与井喷速率变化的相关关系,对CO2扩散危险水平进行分级。根据50 000 ppm浓度的最大扩散范围将CO2井喷扩散分为3个等级：Level 1、Level 2、Level 3,对应的井喷速率范围分别为0～2.5、2.5～10.0、10～20 m/s,对应扩散距离分别为0～130、130～180、180～420 m。通过与模拟场地周围环境条件和人群分布特点的交叉分析,当危险性等级为3级时,会威胁到泄漏井筒附近420 m范围内CCS场地内工作人员、散户居民以及附近公路上的过往行人的安全。该项危险水平分级研究工作有助于健全国家相关部门对CCS的监管,同时有利于推动CCS示范项目的健康发展。     

回注地下——解决气候变化问题

从地球内部开采石油、煤和天然气来供给我们能量。在这类化石燃料燃烧和释放能量时产生了不需要的二氧化碳气体,这会对全球气候产生影响。可以捕集这种二氧化碳,输送到地下并且封存,这样可从根本上减少温室气体的放出量,有助于缓解气候变化,成为向持久供应能量过渡的关键因素。     

二氧化碳羽流地热系统的碳封存经济分析

【研究目的】 二氧化碳羽流地热系统（CPGS）在取热的同时可实现CO₂地质封存，在碳达峰与碳中和背景下，CPGS碳封存的经济性是众多学者关注的要点。【研究方法】 以松辽盆地泉头组为例，采用数值模拟方法对比分析了注入压力、井间距与回注温度对热提取率的影响，在供暖情景下，计算了CPGS供暖效益与碳封存成本，并与常规水热型地热系统供暖效益进行了对比。【研究结果】 受携热介质转变与热突破影响，CPGS开采井温度呈现“降低-稳定-降低”的趋势，其中井间距对开采井温降影响显著，井间距越小开采井温降越明显；热提取率与回注压力呈现正相关性，与回注温度呈现负相关性，井间距对热提取率影响不显著；CPGS与常规水热型地热系统相比，采热量呈现“高-低-高”三个阶段，其中回注压力越小、回注温度与储层温度越接近，实现CPGS较水介质多采热能所需的时间越短。【结论】 仅考虑CO₂价格与取热效益，供暖收益抵消部分碳封存成本后，井间距对CO₂封存单位成本影响最为显著，井间距越小，CO₂封存单位成本降低越迅速，在注采井间距300 m条件下，持续开采30 a后CO₂封存单位成本可降至160元/t。     

德国深部煤层二氧化碳的封存

1原理 二氧化碳和甲烷的不同吸附特征可以用于封存二氧化碳并且提高不可开采煤层中甲烷气体回采率。在5-8个大气压力下,一吨煤能吸收二氧化碳气体30-35立方米。使用适当的压力,每摩尔甲烷可以置换二氧化碳气体1．5到5或6摩尔。利用上述提到的文献资料计算出二氧化碳的封存量。     

温室效应变化及其地理意义

在过去100年间，全球平均气温上升0．3－0．5℃，这种增温幅度与温度效应的预报结果相一致。也与气候变化的自然幅度相一致，由于温室气体效应，现代的气候变化与过去气候变化已有本质不同，经过进一步研究，多数科学家认为，全球变暖主要是大气中的温室气体增加造成的，温室效应变化具有重要的地理意义，增温幅度存在普遍适应的规律。冬季大于夏季，高纬度大于低纬度，陆地大于海洋。植物种群的更新及迁移可能跟不上气候变化的步伐，土壤的形成更将远远落后于气候变化，过渡带的生态系统将长时期内存在，它们将是不稳定的，脆弱的，物种的灭绝速度可能会因此加快，人类对生物资源的利用也许会面临新的问题和挑战。     

国际温室气体减排情景方案比较分析

在整理、介绍主要国际组织、国家、研究机构和一些学者所提出的温室气体减排情景方案、减排目标和设想的基础上,对当前国际上主要的温室气体减排情景方案的温室气体减排目标、大气温室气体浓度目标和温度控制目标进行了归纳、比较和综合分析。研究结果表明：①国际组织和主要国家对温度升高的控制目标总体以2℃为主,即到21世纪末,将大气温度控制在不高于工业革命前2℃的范围内;②国际组织和主要国家的温室气体减排方案一般都倾向于在2050年将大气温室气体浓度控制在450×10^-6~550×10^-6CO₂e（二氧化碳当量）的范围内,但各个方案中有关具体的减排责任分配、减排措施和减排量分歧仍然较大;③在确定温室气体减排目标和减排配额时,国际组织和主要国家一般都按照“共同但有区别”的原则,倾向于为发达国家制定减排目标,但也有个别方案认为发展中国家也应承担量化的减排义务。     

二氧化碳捕集和封存展望

二氧化碳捕集与封存之所以能在短时间内引起世界范围的关注,就是因为全球共同面对着气候变化的挑战。观测数据表明,自19世纪末以来,全球平均气温升高了0．3℃至0．6℃,尤其是近10年来的全球平均气温升高幅度之大,已创过去110年的最高纪录。联合国环境规划署及世界气象组织的研究表明,下世纪地球表面温度大约以每10年升高0．3℃的速度上升,预计到2100年将使地球平均气温升高3℃,大大超过以往1万年的速度。全球气候变暖将在全球范围内对气候、海平面、农业、林业、生态平衡和人类健康等方面带来巨大的影响。     

应当限制哪些温室气体的排放

如果通过限制温室气体排放量来减缓全球变化的速度和规模,那么进一步就要确定应限制哪些温室气体。选择限制对象的基本原则是:(1)这种气体在温室效应的增强上起着主要作用;(2)这种气体的排放部份或全部是人类活动造成的;(3)对其进行控制是可行的。不同温室气体引起全球变暖的能力是不同的,这种能力决定于它们吸收远红外辐射的能力、在大气层中的平均寿命及其排放量。人们最关心的是今后100年内的全球气候变化。大气层中短寿命的气体即使吸收远红外辐射的能力很强,在以世纪为单位的长时间内的累积影响仍然较小。综合吸收能力与寿命两种因素可以计算出各种温室气体对全球变暖的潜在能     

CO2地质封存与利用示范工程进展及典型案例分析

CO₂地质封存与利用工程实施具有十分可观的CO₂减排效果,推行CO₂地质封存与利用项目对于缓解全球气候变暖、践行我国可持续发展战略具有重要意义。梳理了目前主要的CO₂地质封存与利用方式,统计了全球范围内的CO₂地质封存与利用示范工程,重点介绍了我国典型CO₂地质封存与利用示范工程案例,并对CO₂地质封存与利用技术发展趋势进行了展望。目前,CO₂地质封存与利用方式主要包括CO₂驱油封存、CO₂驱替煤层气封存、CO₂咸水层封存、CO₂枯竭油气藏封存、CO₂驱替页岩气封存、CO₂深部咸水层封存与采水、CO₂封存与增强型地热发电、CO₂封存与铀矿地浸开采等;国内外在CO₂驱油封存、CO₂咸水层封存以及CO...     

减缓全球变暖与温室气体吸收汇研究进展

对减缓全球气候变化与温室气体“汇”的最新研究进展作了较为详尽的综述。针对目前温室气体汇研究中的主要前沿科学问题进行了深入分析：包括汇的定义、种类及方法学问题,土地利用变化和森林以及农业土壤汇的种类及计算中存在的一些问题,人类活动对自然生态系统源汇状况的影响等;对还估算各种温室气体源汇的不确定性作了分析总结;在列举了一些气候变化框架公约缔约国及发展中国家对《京都议定书》中引入温室气体“汇”的看法及态     

富镁尾矿封存二氧化碳的实验地球化学研究

为了实现IPCC 提出的控温1.5℃的目标，矿物封存因其具有长期稳定性和安全性的特点而成为研究热点，文章选取富镁尾矿作为封存原料进行研究。该尾矿为盐湖钾盐生产废弃物，由于无法利用，一直困扰当地产业。将其利用为封存二氧化碳的原料，可实现以废治废。文章通过实验研究不同反应温度（0、20、50、80℃） 下二氧化碳吸收和碳酸盐沉淀两个核心过程，探讨二氧化碳在MgCl₂-NH₃-H₂O 体系中的反应路径和速率，发现二氧化碳在气—液界面的动力学反应速率常数 是限制CO₂传质的重要因素，对温度和反应速率常数进行建模发现两者关系为： k_app=1.4857×10⁵ exp(-1974/T) 。另外，通过对比不同温度下的二氧化碳吸收率和碳沉淀速率，提出最佳的实验温度条件，为富镁尾矿规模化封存二氧化碳提供参考。     

基于二氧化碳封存的水镁石反应动力学研究

缓慢的矿物溶解速率以及溶解介质难以回收一直是影响CO2矿物封存发展的两个难点。本文提出了一种新的以可循环的氯化铵溶液作为中间媒介的CO2矿物封存工艺。在此基础上,选取水镁石作为富镁硅酸盐矿物的代表,系统地研究了水镁石在氯化铵溶液中的流-固两相的反应动力学。结果表明该溶解反应符合Avrami经验模型。反应速率随反应温度、氯化铵溶液浓度的增加而增大,随固液比值、矿石粒径的增加而减小。该反应表观活化能为47.47kJ/mol,表明反应主要受表面化学反应控制。     

二氧化碳捕获与封存的主要技术环节与问题分析

减少CO2的排放是国际社会当前迫切需要解决的问题,CO2捕获与地质封存技术由于其巨大的减排潜力和经济性近年来引起科学界和政治界的广泛关注。对该技术的主要技术环节和问题进行了分析,并对中国背景下的CO2捕获与地质封存技术的主要问题进行了探讨。     

美国全球变化研究计划实施进展与研究展望

美国全球变化研究计划（USGCRP）自成立以来的10年中，取得了丰硕的研究成果，也面临新的挑战，列举了自1990年以来尤其是近几年来USGCRP的主要成果与贡献，其中在国家评估，厄尔尼诺－南方涛动的预测，全球温度记录，过去1000年中最温暖的时期，北美碳汇，温室气体增加与臭氧损耗，臭氧损耗评估，大气污染物的长距离输送，海洋分析，热带测雨卫星，雷达卫星，火灾监测，SeaWiFS，全球环境维息服务等方面取得的成绩尤为显著，剖析了USGCRP在未来10年中的研究目标及其研究重点和面临的挑战。     

温室气体浓度变化及其源与汇研究进展

对工业革命以来大气中主要温室气体浓度变化和增长趋势作了简介。概述了冰芯研究的最新成果:420 ka BP以来CO2浓度变化情况及其揭示的气候变化机制;全新世期间CH4浓度的波动;气候事件中N2O浓度的快速波动及工业化前的水平。总结了全球温室气体源与汇的研究现状,重点介绍了全球碳循环研究中的未知汇问题,列举了根据不同资料和模型估计的陆地碳汇位置和幅度以及影响因素对陆地碳汇的贡献等认识上的差异。简单介绍了国内有关温室气体源与汇研究,如稻田CH4排放、岩溶系统碳循环和黄土中温室气体组分特征等方面的研究成果和认识。     

天然气水合物与全球气候变化

天然气水合物作为21世纪的重要能源已受到广泛认可和高度关注。与此同时,作为一个重要的气候致变因素,在地质历史时期中天然气水合物在自然条件下的突然分解释放甲烷气体可能造成全球气候变暖、地质灾害和生物灭绝等负面影响仍不容忽视。本文通过分析天然气水合物的稳定性与分解释放甲烷气体、天然气水合物对气候的反馈机制以及天然气水合物的分解在地质历史时期中对全球气候变化的可能影响,如新元古代“雪球”地球的终结、古新世一始新世极热事件和第四纪冰期后气候快速变暖等,对天然气水合物在全球气候变化过程中的作用进行了探讨。