環境與生態

埋葬CO2 換甲烷

把二氧化碳封存在地底是非常花錢的做法,但如果可以同時開採地底的能源就能符合經濟效益!

撰文/布萊恩特(Steven L. Bryant)
翻譯/張雨青

環境與生態

埋葬CO2 換甲烷

把二氧化碳封存在地底是非常花錢的做法,但如果可以同時開採地底的能源就能符合經濟效益!

撰文/布萊恩特(Steven L. Bryant)
翻譯/張雨青

重點提要
■多數國家並沒有把排放的二氧化碳捕集起來,並且儲存於地底,因為這項工程所費不貲。
■有一種封閉迴路的構想,把地底深處的熱鹵水抽上地表,釋出所含的甲烷與地熱,再把二氧化碳溶入鹵水中並注回地底永久儲存,使二氧化碳的儲存更符合經濟效益。
■根據計算,美國墨西哥灣沿岸擁有充份的深層鹵水,可用來儲存美國二氧化碳年排放量的1/6,並滿足天然氣年需求量的1/6。

據稱美國文豪馬克吐溫曾說,人人都抱怨天氣,卻沒人為它做些什麼。馬克吐溫要是活在今天,他可能要說,大家都在談全球暖化,卻沒人認真採取行動。人們為何光說不練?其中一大原因在於經濟考量。二氧化碳累積在大氣中,導致全球暖化,人類要對此負最大的責任。而要減少大氣中累積的二氧化碳,我們必須改用其他高價能源取代煤與石油做為主要能源,否則就需要昂貴的技術,把工業排放的二氧化碳捕集起來,再找個地方存放這些氣體,讓它們不再出來搗蛋。

可曾想過有一種一石二鳥的技術:既可生產豐沛的能源,又可大幅降低溫室氣體排放量?這種經濟的技術該不會還可與現有工業設施無縫接軌吧?這在美國墨西哥灣沿岸有可能成真,由於當地的特殊地質條件,地底數公里深處有一種又熱又鹹的流體,稱為鹵水,可以存放大量的二氧化碳,儲存過程又可開採大量甲烷可用做燃料,釋放的熱亦可供利用。不論是儲存二氧化碳,或是生產甲烷或地熱,這些過程本身並不經濟,但新的計算結果顯示,若把它們整合成封閉迴路系統,世界各地將受益匪淺。

善用重力法則

等一等,甲烷?這可是氣候變遷元凶之一呀。這種氣體會從油管外洩,也會從液壓破裂法開採頁岩氣的氣井中冒出,而且甲烷分子的溫室效應威力還是二氧化碳分子的20倍呢。沒錯,正是甲烷。

要了解箇中道理,首先來看碳的捕集與埋藏,即人稱的「封存」,是怎麼一回事。想到難關重重,我跟同事於是規劃出一套看似離經叛道的系統。

捕碳與儲碳的目標,是從源頭(從火力發電廠煙囪排出的廢氣)就把二氧化碳分子抓住並關起來,以免進入大氣。「儲存」一詞乍聽簡單,然而要容納大量的二氧化碳,只有地底下才有夠大的容量。科學家已證實,地殼頂層數公里厚的沉積岩,其中的孔隙理論上能容納幾個世紀的二氧化碳排放量。

若以美國排放量的15%為目標,每年應該封存高達10億公噸的二氧化碳。全球能源產業每年從沉積岩中開採約40億公噸原油及20億公噸天然氣,從這種規模看來,要把10億公噸的二氧化碳壓縮進地殼裡,應屬可行,只是要花費很大的力氣。當然啦,若其他方案能達到同等規模,例如改善能源效率與改用非化石燃料,也能從源頭減少二氧化碳生成。

下一步似乎不用多說:即刻著手改良既有油氣生產技術來實行這種地質儲碳法吧。可惜,這個對策有根本上的缺陷。時間一久,二氧化碳會逐漸透過裂縫與孔隙而冒回地表,最後逃離地表、進入大氣,除非岩層的孔隙夠小,氣體無法穿透,才有「密封」的效果。

石化產業仰賴的正是這種自然向上流動的特性。地底下的儲油層與天然氣層是從更深處的岩層順著眾多通道而來,有的流體在這段長而慢的層層上升途中停滯,但大多數會持續移動到地表。早年的石油業界,多數業者只要探測到地表冒氣,便就地往下鑽。

眾多科學家針對地底二氧化碳氣體進行廣泛研究後,都發現類似的狀況:許多地質構造都會阻擋二氧化碳上升,但一有通道還是會散逸。不過二氧化碳有一個古怪的特性可讓工程師利用:多數液體在有氣體溶入其中時,密度會降低,但二氧化碳溶入水中時,液體密度反而增加。地底深處的含水液體多半是鹵水,當二氧化碳溶進鹵水後的密度也會變大,就不會往上浮了。以這種型式儲存的二氧化碳會下沉得離地表更遠,儲存安全性因而提升。


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