2022年03月18日 11:16
【科學快訊】
來源： 我是科學家iScientist
氣候變化是人類面臨的最緊迫的挑戰之一。為了應對其潛在的災難性影響，科學家們正在尋找新的技術來幫助世界實現碳中和的目標。
一種潛在的解決辦法吸引了科學家的注意力：在海底沉積物下以水合物的形式捕獲和儲存二氧化碳。這種水合物是由上方海水重量產生的自然壓力保持的。然而，一個主要的問題是，這種形式的二氧化碳在儲存期間能否保持穩定。
一種潛在的控制碳排放的方法是將二氧化碳封存在深海水合物中 | 參考資料<1>
現在，新加坡國立大學化學和生物分子工程系的研究人員首次用實驗證明了二氧化碳水合物在海洋沉積物中的穩定性，這是使這種碳儲存技術可行的重要一步。
這項研究的首席研究員 Praveen Linga 教授說： 「這是這類實驗的首個證據，我們希望能夠據此促進這種碳儲存技術的進一步發展。」該研究團隊的研究結果——作為新加坡能源中心資助項目的一部分——首次發表在科學期刊《化學工程雜志》上。
Praveen Linga 教授與研究團隊在實驗室 | 參考資料<2>
研究團隊使用了一種特別設計的反應器，證明二氧化碳水合物可以在海洋沉積物中保持穩定長達30天。研究小組表示，同樣的方法還可以用來驗證二氧化碳水合物在更長時間內的穩定性。
研究團隊證明二氧化碳水合物能在海洋沉澱物中保持穩定長達30天 | 參考資料<3>
在海洋產生的低溫高壓條件下，二氧化碳會被困在水分子中，形成類似冰的物質。這種二氧化碳水合物形成的溫度剛好高於水的冰點，可以在1立方米的水合物中儲存多達184立方米的二氧化碳。
在世界各地類似的海洋環境中，都發現了穩定存在的甲烷水合物，這進一步支持了存儲在深海沉澱物中的二氧化碳水合物能保持穩定與安全的論點。
研究團隊表示，這項技術有希望發展成為具有一定商業規模的工藝，使得像新加坡這樣的國家每年可以高效地將超過200萬噸的二氧化碳固定為水合物，從而達到減排目標。
Linga教授和他的團隊使用特殊設計的設備重現了深海海底的環境，那裏的溫度在2℃到6℃之間，壓力是海平面的100倍。建立一個能夠維持這種條件的大型反應器是一項挑戰，這也是以前無法進行二氧化碳水合物穩定性試驗的原因之一。新加坡國立大學的團隊利用內部設計的加壓容器克服了這一挑戰，容器內襯有矽砂層，模擬海洋沉積物。
研究人員用矽砂層模擬海洋沉澱物 | 參考資料<3>
團隊在儀器頂部和矽砂層內制得固體水合物，並將加壓容器設置為模擬海洋條件，以觀察形成的固體二氧化碳水合物在沉積物中的穩定性。在加壓條件下，團隊對水合物進行了14-30天的觀察，發現水合物具有高度的穩定性。
這一水合物技術將使各國目前在枯竭油氣儲量和鹽水層中的碳儲存外，還可以在深海地質構造中封存大量的碳排放。對於像新加坡這樣設定了在2050年前實現碳中和目標的國家來說，這項技術可能成為減少二氧化碳排放的重要方法。
「為了實現碳中和目標，我們必須考慮具備一定規模和速度的封存二氧化碳的新方法。像二氧化碳水合物這樣封存在沉積物中是一個具有前景的解決方案。」。
研究團隊的下一步研究計劃，將是擴大實驗的規模和時間尺度。
林加教授表示：「從實驗的角度來看，我們計劃將這項技術的規模擴大10倍，同時進一步創新開發可量化的工具和方法。」他還表示，展望未來，研究小組的目標是盡快證明二氧化碳水合物具備至少六個月的穩定性。
Linga教授展示能夠重現海底環境的實驗設備 | 參考資料<3>
該團隊還在最近宣布，新加坡政府將在低碳能源研究基金倡議下提供資金，用於開發尖端的低碳能源技術解決方案，這將極大地支持這種儲存技術的發展。通過未來計劃中的實驗，團隊希望能開發出能夠預測二氧化碳水合物在數千年後穩定性的模型。
參考文獻
<1> Qureshi M F， Zheng J， Khandelwal H， et al。
Laboratory demonstration of the stability of CO2 hydrates in deep-oceanic sediments
Chemical Engineering Journal， 2022， 432： 134290。
<2>https：//www.eurekalert.org/news-releases/945561
<3>https：//news.nus.edu.sg/nus-research-shows-co2-could-be-stored-below-ocean-floor/
編譯：矩陣星
編輯：酥魚
排版：尹寧流
題圖來源：圖蟲創意
研究團隊
通訊作者 Praveen Linga：新加坡國立大學化學和生物分子工程系教授，2009年獲不列顛哥倫比亞大學博士學位，主要研究方向為天然氣水合物開發、二氧化碳儲存與利用、能源儲存與海水淡化等。
課題組主頁 https：//blog.nus.edu.sg/lingalab/
第一作者 M Fahed Qureshi：新加坡國立大學化學和生物分子工程系博士後 ，主要研究方向為氣體水合物、海洋二氧化碳截存等。
論文信息
發布期刊 《化學工程雜志》 Chemical Engineering Journal
發布時間 2022年3月15日
論文標題Laboratory demonstration of the stability of CO2 hydrates in deep-oceanic sediments
（DOI：10.1016/j.cej.2021.134290）
文章領域 化學工程，二氧化碳捕獲與儲存
