能源知識庫

重點摘述

• 《科學》期刊於2016年6月9日刊出研究結果，冰島已首度成功地將二氧化碳(CO₂)灌注到實驗地底下的玄武岩質地層，並以兩年時間將氣體固化；此嶄新的碳捕集和封存(CCS)方法，將可望成為減緩全球暖化不可或缺的新技術[1]。
• 該實驗為將CO₂、水與其他氣體的混合物灌入地層後，會與地下400~500公尺深的玄武岩礦物質接觸，並發生化學反應；即此弱酸性的水會溶解玄武岩(basalt)中的鈣與鎂離子，並與CO₂反應，將CO₂轉換成安定、固定的白色石灰岩固體，且將CO₂溫室氣體安全的儲存在地層中，評估此種CO₂固化技術成本將更低、更安全。
• 該項技術最大特色是CO₂變成固體的速度快，實驗中注入230公噸的CO₂，95%還不到兩年就固化，相較於過去的研究，預估需時數百年甚至數千年。
• 此新技術須克服的挑戰之一是用水量超大，例如封存1公噸的CO₂約需要25公噸的水，但第一作者邁特( Matter)指出，未來利用海水取代淡水的技術亦可行。
• 全球玄武岩的分布主要在海洋性地質與約10%的大陸性岩石，目前美國華盛頓州及奧勒岡州蘊藏量豐富的玄武岩區也在實驗中。若此計畫成功，將來可以大量推廣到坐落於龐大玄武岩區附近的高污染火力發電廠地區。

評析

• 地質封存CO₂的成功與否，取決於它的長期儲存安全和公眾接受度，包括封存後的監管與安全措施、政策與經濟因素等。而避免封存範圍內的CO₂和鹽水從儲存庫或廢棄井中滲漏到地表，是目前CO₂封存的重大挑戰之一。為避免封存後的CO₂洩漏，傳統CO₂地質封存之上層覆蓋物的完整性需進行評估和長期監控，而地震誘發的洩漏風險更需要增強相關措施。目前將CO₂快速轉化為碳酸鹽礦物，可以達到相對最小的洩漏危險，有利於長期和安全的碳儲存，並增加一般公眾的接受度。
• 一般之儲存CO₂氣體，為注入到有限空間的CO₂儲存庫中，或是枯竭的油氣藏沉積盆地，藉由深部鹹水含水層等之反應，將CO₂慢慢地形成礦化碳酸鹽。但通常由於缺乏鈣、鎂或鐵的反應，形成礦化碳酸鹽需要很長的時間(推估需要數百~數千年)。但是若將CO₂引入玄武岩中，由於玄武岩質地層本身含鈣、鎂和鐵的重量高達25%，因此，形成礦化碳酸鹽的時間大為減少。

• 冰島的碳固化(CarbFix)實驗，主要有一個2,000公尺深的注水井和八個監測井，深度150~1,300公尺(圖1)。最終目標是將CO₂儲存在深度400~800公尺的玄武岩中(具低滲透率覆蓋)，地層水溫20℃到33℃，pH在8.4到9.4之間，屬於貧氧狀態，而注入的CO₂一旦溶解於​​水，將立即與富含鈣、鎂、鐵的儲集岩發生反應。

CaCO₃ + CO₂ + H₂O à Ca+2HCO₃

圖1、冰島碳固定區注入CO₂的地質剖面圖[1]

• 冰島的溫室氣體封存，並非純以CO₂為主，因為冰島主要的地熱發電中尙包含H₂S等氣體混合物(H₂S約占1/4)，因此，含有H₂S的CO₂混合氣體是否具有催化作用，需進一步觀察與評估。
• 冰島的CO₂在玄武質地層中，不到2年就快速礦化，可以大為減少洩漏的風險，並且儲存地點的監測程序可以顯著降低，從而提高CO₂儲存區的安全性和潛在的公眾接受度。而利用玄武岩固化碳的儲存方法，需要配合使用大量的水和地處多孔的玄武岩地區，通常在大陸邊緣地區具有此條件。
• 冰島在玄武岩區的碳固化實驗，包含PH值、溫度、深度、地層含氧量均在監測中，且玄武岩組成之的鈣、鎂、鐵等金屬成分均經過分析，並隨時追蹤CO₂差異與監測環境變化。我國澎湖地區的地質主要是玄武岩所組成，若是冰島地區玄武岩地層迅速捕獲CO₂的試驗成功，且大量推廣時，我國亦可在具有高CCS儲存潛力的澎湖離島地區進行相關測試(包含溫度、PH值、壓力、地層含氧狀態、形成礦物的金屬含量等)，對於未來推展本土化CCS技術將會是一大助力。

參考文獻

Rapid carbon mineralization for permanent disposal of anthropogenic carbon dioxide emissions