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(轉(zhuǎn)載自公眾號(hào)地?zé)峒? 人類(lèi)活動(dòng)排放的二氧化碳等溫室氣體導(dǎo)致全球變暖，進(jìn)而造成全球非極地地區(qū)冰川消退、海平面上升、海水溫度上升、海洋生態(tài)環(huán)境加劇惡化、全球極端氣候事件頻發(fā)……“氣候變化讓人類(lèi)站在事關(guān)存亡的十字路口?！?#32;為了減少二氧化碳排放，全球開(kāi)始積極應(yīng)對(duì)。 ·1988年，世界氣象組織（WMO）和聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署（UNEP）共同創(chuàng)立了政府間氣候變化專(zhuān)門(mén)委員會(huì)（IPCC）。 ·2005年，IPCC發(fā)布《CCUS特別報(bào)道》指出二氧化碳捕獲、封存與利用（Carbon Dioxide Capture，Utilization and Storage，簡(jiǎn)稱CCUS）技術(shù)將對(duì)控制大氣中二氧化碳濃度具有重要意義。 ·2018年，IPCC發(fā)布《全球升溫1.5℃特別報(bào)告》之后，CCUS技術(shù)關(guān)注度再次上升。 ·目前，CCUS技術(shù)已經(jīng)具有豐富的研究成果。 為了加強(qiáng)資源利用率并減少地質(zhì)封存成本，二氧化碳地質(zhì)利用的方式受到更多青睞。例如，二氧化碳可以作為一種地?zé)峁ぷ髁黧w用于地?zé)衢_(kāi)發(fā)項(xiàng)目，與水基系統(tǒng)相比，二氧化碳的熱力學(xué)特性更佳。二氧化碳羽流地?zé)嵯到y(tǒng)（CPGS，CO?-Plume Geothermal System）的原理是以二氧化碳傳熱，以高滲透性天然含水層為目標(biāo)熱儲(chǔ)層，如下圖所示。 利用CPGS提取地?zé)崮?，能夠在開(kāi)采地?zé)崮艿耐瑫r(shí)，實(shí)現(xiàn)二氧化碳的地質(zhì)封存。 圖中：EOR為二氧化碳驅(qū)油計(jì)劃（Enhanced Oil Recovery），2026年12月31日結(jié)束，目前已被EHRP提高油氣采收率計(jì)劃（Enhanced Hydrocarbon Recovery Program）取代，該計(jì)劃已在2017年1月1日生效。 研究和示范項(xiàng)目 二氧化碳作為地?zé)峁ぷ髁黧w傳導(dǎo)熱能的研究，在多個(gè)地區(qū)開(kāi)展了相關(guān)項(xiàng)目： ECO?GTM項(xiàng)目 ECO?GTM是GreenFire Energy的一個(gè)項(xiàng)目，已與美國(guó)能源部（DOE，Department of Energy）、勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（LBNL，Lawrence Berkeley National Laboratory）、勞倫斯利物莫國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（LLNL，Lawrence Livermore National Laboratory）、西北太平洋國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（PNNL，Pacific Northwest National Laboratory）達(dá)成了研究合作伙伴關(guān)系。ECO?GTM利用二氧化碳讓表現(xiàn)不佳的熱液井進(jìn)行地?zé)岚l(fā)電。示范項(xiàng)目位于加利福尼亞的CosoKGRA，預(yù)計(jì)將進(jìn)一步開(kāi)發(fā)20~1 000 MW的地?zé)岚l(fā)電廠商業(yè)項(xiàng)目。 In Salah CCS項(xiàng)目 In Salah CCS是2004—2011年間投入運(yùn)營(yíng)的陸上二氧化碳捕集和封存項(xiàng)目。該項(xiàng)目是BP、Sonatrach和Statoil的合作項(xiàng)目，旨在證明二氧化碳地質(zhì)封存是具有成本效益的，并通過(guò)短期監(jiān)測(cè)提供長(zhǎng)期保證。此外，該項(xiàng)目旨在向利益相關(guān)者展示二氧化碳的地質(zhì)封存是可行的溫室氣體減排方案。在注入過(guò)程中，從不同氣田提取二氧化碳，用乙醇胺處理、壓縮、然后運(yùn)輸和封存在Krechba油田（阿爾及利亞），深度約1.9 km。采用多種地球物理和地球化學(xué)方法監(jiān)測(cè)注入，如4D地震、微地震、地下水監(jiān)測(cè)、衛(wèi)星InSAR數(shù)據(jù)等。除這些方法外，還開(kāi)發(fā)了收集和評(píng)估數(shù)據(jù)的程序，為監(jiān)測(cè)、建模和驗(yàn)證（MMV，Monitoring，Modelling and Verification）方法提供思路。 二氧化碳 ReMoVe項(xiàng)目 Krechba油田總共封存了380萬(wàn)噸二氧化碳。在挪威巴倫支海（Barents Sea）的Snohvit氣田，挪威國(guó)家石油公司于2008年開(kāi)始重新注入需要排放的二氧化碳。天然氣被泵入位于Melkoya（陸上）的碳捕集廠，用胺將二氧化碳從氣體流中分離出來(lái)。然后，高濃度二氧化碳流通過(guò)管道輸送回Snohvit油田（海上），并注入2.6 km深的砂巖地層中。帝國(guó)理工學(xué)院（Imperial College）與挪威國(guó)家石油公司（Statoil）合作，作為二氧化碳ReMoVe項(xiàng)目（第6個(gè)框架計(jì)劃的資助項(xiàng)目）的一部分，利用4D地震勘探分析了短期注入壓力動(dòng)態(tài)。到2012年8月，總共注入1 600公噸二氧化碳。 GEOREACTOR項(xiàng)目 GEOREACTOR項(xiàng)目的二氧化碳創(chuàng)新技術(shù)開(kāi)發(fā)是由中央電力工業(yè)研究所（CentralRe-search Institute of the Electric Power Industry）和地球創(chuàng)新技術(shù)研究所（Research Institute of Innovative Technology for the Earth）合作完成的。該研發(fā)項(xiàng)目由日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)部（Ministry of Economy，Trade & Industry of Japan）資助。2007 年，Ogachi HDR項(xiàng)目（日本）進(jìn)行了二氧化碳封存的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)?，F(xiàn)場(chǎng)研究在700~1 100 m的深度注入1 %的溶解二氧化碳，溫度為200 ℃。注入物中還含有示蹤劑，用于通過(guò)與巖石的相互作用研究二氧化碳作為碳酸鹽的礦化作用。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，在幾天內(nèi)二氧化碳被部分封存在方解石沉淀中。 來(lái)源：https://doi.org/10.1016/j.rser.2019.109331《國(guó)外科技信息》2021-3期（總第127期）—二氧化碳捕集、利用與封存技術(shù) (轉(zhuǎn)載自公眾號(hào)地?zé)峒?
(轉(zhuǎn)載自公眾號(hào)艾?？破站? 地球是人類(lèi)的家園，科學(xué)家通過(guò)測(cè)定放射性核素的衰變情況，發(fā)現(xiàn)地球大約有45.7億歲了。雖然經(jīng)過(guò)了45.7億個(gè)年頭，地球依舊保持著旺盛的生命力。 地球表面70%被液態(tài)水覆蓋，剝開(kāi)水圈，地球外面這層薄如蛋殼的巖石質(zhì)外殼，被稱為地殼?；鹕奖l(fā)時(shí)噴出的熔巖就來(lái)自地殼之下，溫度高達(dá)900~1400攝氏度。越深入地球內(nèi)部，溫度越高?？茖W(xué)家綜合各方面的數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)地核的溫度大約在4000～6000攝氏度左右。要知道，太陽(yáng)表面的溫度也才5500攝氏度左右。 地球誕生了這么久，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的冷卻，為什么內(nèi)部溫度還這么高？ 地球是一個(gè)巖石行星，半徑高達(dá)6371千米。要想了解地球內(nèi)部的情況，確實(shí)很困難，但并非沒(méi)有辦法。 前蘇聯(lián)科學(xué)家曾經(jīng)往地下鉆了一個(gè)12263米的深孔，這就是著名的科拉超深鉆孔。該鉆孔位于毗鄰挪威的科拉半島，純粹是為了科研目的而進(jìn)行的鉆探任務(wù)。目前世界上最深的鉆探深度是位于俄羅斯庫(kù)頁(yè)島的一處油井，鉆探深度達(dá)12345米。 地球上時(shí)常有火山噴發(fā)，從地球深處流出的熔巖也能讓我們了解地球內(nèi)部的部分情況。除了火山噴發(fā)，地球上每天都會(huì)發(fā)生大大小小的地震，通過(guò)研究地震也能了解地球內(nèi)部的情況。 CT是醫(yī)院中常見(jiàn)的一項(xiàng)檢查，CT的中文名叫做計(jì)算機(jī)斷層掃描。利用x光掃描人體，由于人體不同組織器官對(duì)x光的吸收和透過(guò)程度不同，于是就可以建立人體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖像，同時(shí)也能發(fā)現(xiàn)身體中哪些部位出現(xiàn)病變。發(fā)生地震時(shí)，會(huì)產(chǎn)生地震波，利用地震波代替x光，地震波遇到不同地層結(jié)構(gòu)時(shí)傳播狀況會(huì)發(fā)生變化，這樣科學(xué)家們就能了解到地球內(nèi)部的情況，這就好比給地球做CT。 地震波是一種機(jī)械波，機(jī)械波可以分為橫波和縱波，它們?cè)诓煌馁|(zhì)中的傳播特性不同。比如，地震波在傳播過(guò)程中，橫波就不能穿透外地核。再根據(jù)其它實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，就能大致摸清地球內(nèi)部的情況，包括地層結(jié)構(gòu)，及不同圈層的密度、壓力、物質(zhì)種類(lèi)和物相等數(shù)據(jù)。 通過(guò)長(zhǎng)期的研究，科學(xué)家給地球分了三個(gè)同心球?qū)?，從?nèi)到外依次為：地殼、地幔和地核。地殼與地幔之間由莫霍面分開(kāi)，地幔與地核之間由古登堡面分開(kāi)，這些都是根據(jù)地震波的傳播情況來(lái)劃分的。地殼很薄，上地幔上部有一個(gè)軟流層，整個(gè)地殼就仿佛漂浮在上面。地震通常發(fā)生在地殼之中，巖漿則來(lái)源于軟流層。 地幔和地核屬于地球內(nèi)部圈層，地核主要由金屬鐵和鎳構(gòu)成，外地核是液態(tài)金屬，內(nèi)地核則是固態(tài)金屬。地殼與地幔的交界地帶，溫度大約在1000攝氏度左右；地幔與地核的交界地帶，溫度大約在4000攝氏度左右；內(nèi)地核的溫度則與太陽(yáng)表面的溫度相當(dāng)，核心處的溫度可能高達(dá)6800攝氏度。地球內(nèi)部溫度雖然隨著深度的增加而增加，但并不是呈線性增長(zhǎng)。 地球內(nèi)部有源源不斷的熱源 地球表面平均溫度大約15攝氏度，主要受太陽(yáng)輻射影響。而在不見(jiàn)天日的地下，高溫則來(lái)源于地下熱源，并且溫度會(huì)隨著深度的增加而增加。 地球內(nèi)部的熱量有三個(gè)來(lái)源： 1.地球誕生之初的殘余熱量。 地球是由巖石碎片在引力的作用下形成的，這些巖石碎片不斷的碰撞并聚集，動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)能。因此，在地球誕生之初，不僅內(nèi)部，整個(gè)地球表面也都處于熔融狀態(tài)。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的冷卻，地表的熱量以輻射的方式散發(fā)到太空中，地球表面才逐漸冷卻變硬，然后才有了海洋和生命。目前，這部分熱能僅占很少一部分。 2.地球內(nèi)部放射性元素衰變后產(chǎn)生的熱量。 地球誕生之初，大量放射性元素沉積到地球內(nèi)部，現(xiàn)在主要是鈾-238、鈾-235、釷-232和鉀-40等放射性元素。這些放射性元素衰變后會(huì)釋放熱量，然后聚集在地球內(nèi)部。旅行者號(hào)探測(cè)器就是利用放射性元素衰變產(chǎn)生的能量供電，一塊電池就可以使用好幾十年。鈾238的半衰期為44.7億年，釷232的半衰期為141億年，這些放射性元素都能源源不斷地給地球提供熱能。 3.太陽(yáng)月亮等天體的潮汐力導(dǎo)致的摩擦生熱。 天體之間存在引力，而太陽(yáng)和月亮的引力能夠使地球發(fā)生形變，當(dāng)它們之間相互運(yùn)動(dòng)時(shí)，地球內(nèi)部的物質(zhì)會(huì)發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，摩擦能夠生熱，這也能為地球內(nèi)部提供熱能。 木衛(wèi)二就是一個(gè)很好的例子，木衛(wèi)二主要由冰構(gòu)成，木星及其衛(wèi)星的潮汐力產(chǎn)生的熱能使得木衛(wèi)二的冰層下面存在液態(tài)海洋。 正是有這三種熱源，即使地球不斷由內(nèi)向外散熱，內(nèi)部依然能夠保持高溫，而且地球外層巖石也足夠保溫。 地球內(nèi)部能夠長(zhǎng)期保持高溫，還在于散熱速度慢 即便是滾燙的熱油，長(zhǎng)時(shí)間不加熱，隨著熱量的流失也會(huì)冷卻。如果把熱油放進(jìn)保溫瓶中，則可以減緩油的降溫速度。 地球內(nèi)部這么熱，除了熱源，還與散熱速度有關(guān)。地球內(nèi)部處于高溫高壓狀態(tài)，動(dòng)輒上千攝氏度，而地球表面的溫度卻很低，這說(shuō)明地球外層起到了一個(gè)很好的保溫作用。同時(shí)，太陽(yáng)的輻射熱量也很難從地表傳遞到地球內(nèi)部。 熱量傳遞的方式有三種，分為熱對(duì)流、熱傳導(dǎo)、熱輻射。熱對(duì)流主要發(fā)生在流體中，熱傳導(dǎo)主要發(fā)生在固體中，熱輻射則是無(wú)接觸的電磁輻射傳熱。地球懸浮在太空中，而太空幾乎是真空，那么地球向外界傳遞熱量的主要方式就是熱輻射。此外，地球內(nèi)部的熱傳遞也很緩慢；雖然地球內(nèi)部存在液態(tài)物質(zhì)，但是在高壓之下，熱對(duì)流也十分緩慢。 地球內(nèi)部本身就有熱源，再加上地球外部圈層的保溫作用，基本達(dá)到了一個(gè)熱平衡狀態(tài)，使地球內(nèi)部在幾十億年之后仍然能夠保持較高的溫度。 5000多攝氏度下，地核物質(zhì)為什么仍然能夠以固態(tài)形式存在？ 太陽(yáng)是一個(gè)大火球，更準(zhǔn)確來(lái)說(shuō)是一個(gè)等離子體。太陽(yáng)核心處的溫度高達(dá)1500萬(wàn)攝氏度，而太陽(yáng)表面溫度約為5500攝氏度。等離子體簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是離子化的氣體，給氣態(tài)物質(zhì)繼續(xù)加熱升溫，就會(huì)發(fā)生電離，繼而產(chǎn)生等離子體。我們看到的閃電就是等離子體。 地球核心處的溫度高達(dá)5000～6000攝氏度，這足夠融化目前已知的所有物質(zhì)。內(nèi)地核依然能夠保持固態(tài)，能夠達(dá)到這么高的溫度，都是超高壓的杰作。 在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，如果把氣態(tài)氧氣壓縮成液氧，它的溫度將會(huì)降至零下183攝氏度以下；繼續(xù)加壓，液氧將會(huì)變成固態(tài)氧，溫度也會(huì)變得更低。而在絕熱條件下，也就是沒(méi)有與外界進(jìn)行熱交換的情況下，給液體加壓，液體不僅會(huì)變?yōu)楣虘B(tài)，溫度還會(huì)升高。內(nèi)燃機(jī)在壓縮沖程時(shí)就用了這個(gè)原理進(jìn)行點(diǎn)火。 地球內(nèi)部就好似一個(gè)絕熱體系，隨著壓力的增加，溫度變得越來(lái)越高，也就很好理解了。地核主要由鐵和鎳構(gòu)成，它們的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)本來(lái)就高。在6000攝氏度的高溫條件下，由于是超高壓環(huán)境，物質(zhì)依然保持固態(tài)也就不奇怪了。此時(shí)，物質(zhì)的密度必然很高。 如果地球內(nèi)部完全冷卻，生命將不復(fù)存在 短期來(lái)看，發(fā)熱與散熱平衡，地球內(nèi)部依然保持恒溫狀態(tài)；但是長(zhǎng)期來(lái)看，從地球誕生那一刻，降溫就是地球內(nèi)部溫度變化的長(zhǎng)期趨勢(shì)。忽略太陽(yáng)的影響，再過(guò)數(shù)十億年，地球內(nèi)部的溫度必然比現(xiàn)在低。 如果地球內(nèi)部逐漸冷卻，地殼運(yùn)動(dòng)將會(huì)變緩，火山將會(huì)逐漸變成死火山，這意味著火山和地震爆發(fā)的頻率將會(huì)降低。隨著外地核冷卻，地球磁場(chǎng)也將會(huì)變?nèi)酢Ｔ谔?yáng)風(fēng)的吹拂下，地球大氣層會(huì)越來(lái)越薄、直至消失，地球上的水也會(huì)緩慢流失到太空中去，這將會(huì)威脅到地球上的生命。 火星就是一個(gè)很好的例子?；鹦琴|(zhì)量?jī)H為地球質(zhì)量的14%，但是很多方面跟地球很像。NASA的好幾個(gè)火星探測(cè)車(chē)已經(jīng)在火星上探索了20來(lái)年，發(fā)現(xiàn)火星上曾經(jīng)也存在大量的液態(tài)水和濃厚的大氣?；鹦怯捎趦?nèi)部熱量散失的較快，又沒(méi)有太多熱源補(bǔ)充，導(dǎo)致內(nèi)核冷卻、磁場(chǎng)變?nèi)?。太?yáng)系最大的火山“奧林匹斯山”就位于火星，如今已是死火山。在太陽(yáng)風(fēng)的作用下，火星上很大一部分水和大氣都逃逸到太空中去了。當(dāng)然，這和火星質(zhì)量太小也有關(guān)系，火星引力的束縛力度比較弱?，F(xiàn)階段來(lái)看，就算幾十億年后太陽(yáng)衰老變成白矮星，地球內(nèi)部也不會(huì)完全冷卻，完全沒(méi)必要擔(dān)憂。 (轉(zhuǎn)載自公眾號(hào)艾?？破站?
