碳封存解决气候变迁的新药方？

全球暖化与气候变迁这项议题，对于当代人类来说，恐怕已经是个迫在眉睫的待解难题了。随着当代环保意识兴起、极端气候频率与受害者的增加，多数科学研究成果也指出，近一两个世纪以来的气候变迁，主因为人类的工业发展与环境开发。最具代表性的一项研究是联合国政府间气候变化专门委员会(IntergovernmentalPanel on Climate Change, IPCC)2007年发表的第四份报告，报告中指出近150年来所观察到的全球暖化，非常可能与人类排放的温室气体有关，为了生存环境的永续，当代各国政府与倡议团体，也都开始积极规划与鼓吹有效减少大气中的二氧化碳的方式。

如果盘点我们可用的减碳工具，国际能源总署(InternationalEnergy Agency, IEA)指出人类可使用的技术分别为提升能源使用效率;发电过程不排碳的再生能源与核能;以天然气取代燃煤等的燃料转换;以及能主动将已经制造出来的二氧化碳减少的碳捕捉与封存技术(Carbon capture andstorage, CCS)，也预估CCS在持续发展下可达到全球17%的减碳效果，IPCC在2014年11月所发表第五次评估报告也指出，若要解决气候变迁问题，所有火力发电厂在2100年以前都应搭配CCS技术来降低排碳;同年12月，欧洲联盟执行委员会(European Commission)也根据IPCC的报告建议欧盟各成员国应制定具有强制力的CCS的发展目标。

崭新的技术还是古老的智慧?

对许多人来说，二氧化碳地质封存技术相当的不符合直观，似乎如果有个地震或裂缝，气体不就外泄了吗?或是如果水往下流到岩层之中，不就把气体给挤出来了吗?这样把气体的二氧化碳，用固体的岩层给封存起来的技术，听起来实在有点天方夜谭。但其实，大自然早就用了百万年以上的时间，为我们证明气体封存在地底下的可能性了。除了很多家家户户会用到的天然气与近年来相当热门的页岩气以外，世界上也有数百个存在百万年以上的天然的二氧化碳气层，有一些气层的二氧化碳纯度极高，甚至被开采出来作为化工原物料，以及碳酸汽水中的二氧化碳来源。

而将二氧化碳注入到地层中，其实也已经应用多年了。在石油工程的领域，科学家们发现油气层在开采之初，因为地底压力较大，油气可以直接喷出地表。但随着开采而压力降低，使得油气的采集变得困难，因而陆续开发了注入水、蒸气等开采技术。而近年来发现若将二氧化碳注入油气层中，除了可以封存二氧化碳以外，二氧化碳在溶于原油中，可使原有的体积膨胀、密度与黏度下降、流动性变好更适宜开采，能有效提升油田的寿命与效率。

利用二氧化碳开采原油示意图 Carbon Dioxide Enhanced Oil Recovery, U.S.D.O.E

除了天然二氧化碳气矿、石油开采应用以外，世界上也有几个已商业运转的地质二氧化碳封存实例，例如挪威外海的Sleipner和Svohvit气田，以及数个将在近两年内完工的封存厂，例如加拿大的Quest、美国的IllinoisIndustrial CCS Project和澳洲的Gorgon都采用海域的盐水层来达到二氧化碳封存效果。

二氧化碳如何安分于万千大石之下?

目前发展中的地质碳封存方式，学理上大致可分为三种机制：

(1)封闭构造封存

封闭构造是利用如地层里有致密地层刚好弯曲如把碗倒置的“背斜”结构，类似许多传统石油与天然气矿藏的构造;或是利用已枯竭油气田、以及用作加强油气采收等。

(2)盐水层封存

盐水层封存则是利用在海域深约一公里以上，富含盐水的地层，这样的地层上方会有更厚密度也更扎实的阻滞层与盖层避免气体外泄。而盐水层侧向虽然开放而没有像“背斜”构造那样的封闭，但二氧化碳侧向移栖10公里也需要数万年左右的时间。若能妥善开发能封存二氧化碳数千年以上的岩层，也就能解决本世纪即将面对的气候变迁难题了。

(3)溶解或矿化封存

在地质封存的过程中，除了将气体保留在地层中，极少比例的二氧化碳在地层内也能溶于原油、水，或是跟钙、镁、钾等离子反应而矿化成更安定的化合物，也可作为一种长久封存于地底下的方式。

地质二氧化碳封存的方式： 1. 枯竭油气矿, 2.提高石油采收率, 3. 盐水层封存, 4. 无法开采的深煤层, 5. 回收煤层天然气 6. 其他可行方式(玄武岩、油页岩、地层内空腔) IPCC SpecialReport on Carbon dioxide Capture and Storage, 2005

碳封存会产生灾害吗?

在提到碳封存的消息时，近年一个常被各媒体提到的灾害，则是1986年时，位于西非喀麦隆的尼奥斯湖(Lake Nyos)瞬间喷发了大量的二氧化碳导致当地居民与牲口的大量死亡。1987年，Kling等人的调查结果指出，这个湖泊其实是一个酸性火山口，由于湖底平面深达208公尺且水流平静，大量的二氧化碳自火山深处慢慢释放到湖底，再加上湖底温度较低压力较高，对二氧化碳的溶解度较高，溶解了二氧化碳的湖水密度也较大，更不易对流扩散到湖面，最终使湖底自然封存大量的二氧化碳。又可能因山崩、洪水等未知原因，导致封存于湖底的二氧化碳因湖水大量扰动使溶解度锐减而大量溢出。估计释放了至少9亿立方公尺的二氧化碳，又聚集在尼奥斯湖所处于盆地内，最终造成1700人窒息而死。

但是，用这样的案例来与地质封存模拟其实相当不洽当，地质封存是将二氧化碳存于岩层之中，且有上千公尺的致密岩层作为盖层。这些岩层并不会像湖水般会被大幅度的扰动而失去覆盖效果，导致瞬间大规模喷发;选址时再特别考虑地层走向，更能让二氧化碳在移栖外泄时，离人口居住地更远。

回想一下我们所面临的困境，在未来的几十年内，人类恐怕还是很难脱离油气资源的使用，然而气候变迁又已然是个现在就要开始着手解决的难题。相较起再生能源与提升能源效率这些减碳的办法，碳封存这样的技术与概念的确不太直观也令人陌生，而相应的环境开发与技术研发也仰赖相当门坎的资金与优秀人才投入。我们确实应该要更审慎地面对这项技术的研发与封存选址的安全考虑。这需要仰赖开放的信息揭露、严谨的环境评估，以及决策者、技术者和在地民众的充分讨论与审议。而非任由过多不洽当的模拟与未了解事实全貌的论断占据了议题讨论的空间。希望随着信息的厘清，我们的社会能开始负责地讨论这项重要减碳技术，而对地球环境的永续尽一份心力。

中国非常规油气产业联盟与中国能源网研究中心将于2015年12月10日在北京举办“2015非常规油气合作伙伴峰会暨非常规油气产业联盟年会”，详情请点击
http://www..com/subject/show_940.html