2023/10/21 丹麥碳捕集與封存計畫面臨瀝青生成的風險

丹麥碳捕集與封存計畫面臨瀝青生成的風險
 
發表日期：2023-8-8
作者：Hannah Bird；翻譯：柯端榕
引用來源：https://phys.org/news/2023-08-carbon-capture-storage-denmark-bitumen.html
 
『參考要點』：丹麥碳捕集與封存計畫面臨挑戰，封存二氧化碳時可能形成瀝青，阻礙系統效能。研究發現，超臨界二氧化碳使較輕碳氫化合物穿過岩石，而瀝青等重質油則殘留，可能導致系統堵塞。解決方法或許在於更深入瞭解二氧化碳與碳氫化合物互動，並調整操作參數，以降低瀝青生成風險。
 
碳捕集與封存（CCS）越來越被認為可以透過捕獲二氧化碳，並將其封存於地下深處來減少溫室氣體排放，從而協助解決全球暖化危機。在丹麥北海，海床下的白堊岩含有枯竭的石油和天然氣儲量，目前正考慮將二氧化碳封存於此，以充分利用化石燃料產業既有的基礎設施。
然而，刊登於《海洋與石油地質學》的新研究考慮了封存的二氧化碳與岩石中殘留的石油、天然氣和碳氫化合物之間相互作用的潛在問題，這些殘留物在白堊岩中的二氧化碳含量可能高達30％，在砂岩中的含量可能高達60％。
來自丹麥奧胡斯大學的拉斯穆斯·斯滕肖伊（Rasmus Stenshøj）和美國能源與環境研究中心的同事對來自北海Halfdan油田的上白堊紀，距今約1億到6,600萬年前的白堊岩樣本進行了實驗。
研究人員在九天的時間內，將超臨界二氧化碳（在特定溫度和壓力下具有氣體和液體特性的二氧化碳）注入岩石之前，重現了海床岩石的環境條件。然後，他們使用一系列化學和物理技術來分析，注入超臨界二氧化碳之前和之後採集的岩石樣本中存在的碳氫化合物。
根據溫度的不同，存在不同形式的碳氫化合物，0–100°C之間是輕質油，100–200°C之間是流動油，200–300°C之間是半流動油，300–375°C之間是固定油，375–650°C之間是瀝青。
初步結果顯示，超臨界二氧化碳導致較輕的碳氫化合物穿過岩石，而較重的碳氫化合物，如瀝青和富含瀝青質的固定油，則被留下來。這可能導致二氧化碳通過岩石的流動受阻，影響碳捕集與封存系統的效率。
重要的是，研究人員發現系統出口處的壓力變化，導致更多的瀝青和其他重碳氫化合物沉積，佔此處岩石總體積的10.5%，而在實驗之前僅為4.17%。總體而言，重碳氫化合物的沉積有明顯的趨勢，這被認為是由於超臨界二氧化碳吸收碳氫化合物而改變其溶解度所導致的。拉斯穆斯·斯滕肖伊（Rasmus Stenshøj）和合作者將這種從入口到出口不斷增加的瀝青稱為雪崩效應。

 
入口周圍的固定碳氫化合物和瀝青百分比，在注入前後有些相似，研究人員表示，這是超臨界二氧化碳透過原油相流動，以提取較輕的碳氫化合物，並透過系統進行去除的證據，留下較重的瀝青，這是由於二氧化碳對油的直接推動力而不是分裂力造成的。
研究人員在注入之前透過顯微鏡分析樣本，顯示岩石的孔隙含有水和油的混合物，但在超臨界二氧化碳使油變動後，後者分佈在整個岩石孔隙中，取代了水，甚至積聚在微小外殼中，被稱為有孔蟲的古代生物化石。這是因為油被毛細現象吸引進入以水為主的孔隙中，因此樣本變得更加飽和，導致顏色變成較深的棕色。
碳氫化合物對超臨界二氧化碳的溶解度是一個複雜的過程，可能受到溫度、壓力、碳氫化合物含量和黏土的影響。顯然，在出口點處積聚較重的碳氫化合物可能導致碳捕集與封存系統堵塞，從而影響其效率。透過針對碳氫化合物含量進行更深入的研究來選址這些封存系統，可能會對解決全球暖化產生實際影響，這是一個令人期待的前景。