东太湖不同植被类型湿地CO_(2)产生潜力对温度变化的响应

[目的]探索不同植被类型湿地土壤CO_(2)产生潜力对温度变化的响应规律,为精确估算CO_(2)产生和温室气体排放提供依据。[方法]针对3种不同植被类型湿地土壤(荷花、芦苇、开放水面),进行120 d的室内模拟培养试验,分别设置15,25,35℃处理,观察不同植被类型湿地土壤产CO_(2)潜力的差异及其对温度变化的响应。[结果]东太湖不同植被类型湿地土壤CO_(2)产生速率在35℃培养下最快。35℃培养条件下芦苇、开放水面CO_(2)产生速率随DOC增加而增加,其余均呈负相关关系。荷花、芦苇土壤最大产CO_(2)潜力表现为35℃>15℃>25℃,开放水面表现为:15℃>25℃>35℃。荷花、芦苇湿地产CO_(2)潜力与培养温度呈正相关,开放水面呈显著负相关关系。比较温度敏感系数Q_(10)值发现,只有荷花土壤的升温Q_(10)值大于降温Q_(10)值。[结论]高温能加快不同植被类型湿地土壤CO_(2)产生速率、加剧DOC变化。比较同温度、不同植被土壤产CO_(2)潜力发现,芦苇、开放水面对降温更敏感。湿地植物及其土壤对温室气体的产生受外界温度影响较大,在未来城市水生态管理中应予以更多的关注。

三河尖关闭煤矿煤层CO_(2)封存潜力研究

关闭煤矿煤层CO_(2)地质封存是CO_(2)封存的重要方式之一,也是短期内实现碳减排指标的有效手段之一。以江苏省徐州市三河尖关闭煤矿为例,分析了已采7号煤和9号煤的煤岩煤质特征,统计了剩余煤炭资源储量,运用模糊综合评价法,选取了稳定系数、上覆岩层性质、地质构造复杂程度、地下水指标、封存煤层压温比、封存煤层深厚比、封存煤层渗透率、采空塌陷程度和其他因素等9个主要影响因素指标对7号煤和9号煤封存CO_(2)稳定性进行评价,建立关闭煤矿煤层CO_(2)封存评价方法并评估CO_(2)封存潜力。结果表明,三河尖关闭煤矿7号煤和9号煤剩余储量较大,CO_(2)封存稳定性综合评价结果分别为86.209和87.698,评价等级均为较稳定,封存潜力较高。根据建立的关闭煤矿煤层CO_(2)封存评价方法,计算获得三河尖关闭煤矿7号和9号煤层CO_(2)理论封存量分别为207.6 Mt和80.9 Mt,并据此划分封存有利区为有利区、较有利区和不利区3个等级。研究可为关闭煤矿煤层CO_(2)封存研究提供基础依据。

CO_(2)原位矿化选址关键参数及其封存潜力评估研究进展

温室气体特别是二氧化碳的大量排放,是导致全球变暖的主要原因之一。根据国际能源署的报道,碳捕集利用和封存(CCUS)技术是缓解全球气候变化的重要措施之一,约占累计碳减排量的15%。原位矿化封存技术基于快速CO_(2)矿化机制,以镁铁质岩石和超镁铁质岩石(玄武岩、橄榄岩等)地层为碳封存位点,利用CO_(2)与富含Ca、Mg元素矿物的矿化反应,转变为稳定的碳酸盐,从而达到永久且高效封存CO_(2)的目的。冰岛和美国的中试项目已经证明了该技术的可行性,但中国尚未进行相关示范项目。本文介绍了原位矿化封存技术的机理、CO_(2)封存潜力的评估手段及其面临的风险与挑战,讨论了已开展的案例项目及其技术细节,梳理了实施该技术所必需的选址关键参数(包括源-汇距离、矿物类型、注入性、封闭性等),并基于目前研究对其前景进行展望,以期提高我国对原位矿化技术的认识和重视,为推动该领域进一步发展提供理论指导。

准噶尔盆地深部咸水层CO_(2)地质封存适宜性及潜力评价

针对准噶尔盆地咸水层CO_(2)封存有利区域和封存量认识不清的问题,利用准噶尔盆地地质特点与国内外深部咸水层CO_(2)地质封存典型项目对比研究的方法,从安全性、经济性和规模性等方面,对准噶尔盆地深部咸水层CO_(2)地质封存的适宜区域、适宜深度和层位进行研究,并采用碳封存领导人论坛(CSLF)提出的封存量计算方法,对封存潜力进行初步评价。结果表明:准噶尔盆地的石西凸起、滴南凸起、北三台凸起等中东部地区为深部咸水层CO_(2)地质封存的适宜区域,适宜深度为1000~3500 m,主力存储层位为白垩系清水河组、侏罗系三工河组和八道湾组;适宜区内主力存储层CO_(2)理论封存潜力为606.08×108 t。研究成果为下步开展准噶尔盆地深部咸水层CO_(2)地质封存场地选址提供依据。

宁夏地区咸水层CO_(2)封存选区及潜力预测

宁夏局部地区高碳排放源集中且碳排量巨大,亟需开展碳封存潜力评价等工作,以支撑未来碳捕集、利用与封存规划与重大示范。文章在宁夏地区碳封存基本地质条件的基础上,采用美国能源部(US-DOE)体积法,评估宁夏地区深部咸水层CO_(2)封存预测地质潜力约867.421×10~8 t,预测技术容量约423.34×10^(8) t,主力储层主要集中分布在宁夏东部盐池地区和六盘山盆地。综合封存潜力、盖层封闭性、地质体稳定性、社会环境风险等因素,开展了宁夏地区咸水层封存适宜性初步评价,结果表明:宁夏东部盐池地区储盖层条件良好、构造较稳定、人口密度低,是宁夏地区开展咸水层CO_(2)封存的有利远景区。

江西省中新生代沉积盆地CO_(2)地质储存潜力及适宜性评价

在当前碳达峰、碳中和背景下,CO_(2)地质储存被认为是降碳减排、减缓温室效应最直接、最有效的办法。笔者聚焦江西省CO_(2)减排需求,以江西省内发育的9个重点中新生代沉积盆地为研究对象。采用碳封存领导人论坛(CSLF)提出的方法,计算得出江西省中新生代沉积盆地CO_(2)有效储存量为18226.3×10^(6) t,束缚气储存机理有效储存量为16869×10^(6) t,溶解气储存机理有效储存量为1357.3×10^(6) t。构建了以地质安全性、储存规模、社会经济性为核心,涵盖19项评价指标的CO_(2)地质储存潜力适宜性综合评价指标体系,并引入变异系数法–综合评价模型,客观地评价江西省中新生代CO_(2)地质储存潜力及其适宜性。评价结果显示,江西省CO_(2)地质储存适宜性优先顺序分别为:鄱阳盆地、清江盆地、信江盆地、抚州盆地、赣州盆地、锦江盆地、吉泰盆地、版石盆地和会昌盆地。其中,鄱阳盆地、清江盆地储存潜力分别达到适宜、较适宜等级。

北部湾盆地涠西南凹陷咸水层CO_(2)地质封存储盖优选及潜力评估

CO_(2)地质封存被认为是实现碳中和目标的兜底技术,近海沉积盆地远离人类活动区,在实施CO_(2)地质封存方面相比于陆上沉积盆地更具优势。为查明广东省近海北部湾盆地涠西南凹陷咸水层CO_(2)封存潜力,基于盖层埋深、单层泥岩最大厚度、泥地比、断层密度和储层孔隙度、地层厚度、砂地比、渗透率等8个指标,构建了盆地二级构造单元的储盖评价体系,结合各地层岩心物性资料和三维地质模型,对涠西南凹陷储盖进行优选,并以US-DOE法对有效封存潜力进行了评估。研究结果表明,涠西南凹陷在海底以下800~3000 m内,有2套适宜CO_(2)封存的储盖组合。储盖组合1:新近系角尾组一段浅海相泥岩盖层−角尾组二段、下洋组滨浅海相砂岩储层,有效封存容量为7.49亿t;储盖组合2:古近系涠洲组二段中深湖泥岩盖层−涠洲组三段砂岩储层,有效封存容量为3.74亿t。在涠西南凹陷中优选出2套适宜咸水层封存CO_(2)的储盖组合,有效封存容量为11.23亿t,按照广东省粤西地区CO_(2)年排放量为7000万t进行评估,能够满足该地区超16 a的CO_(2)减排需求。

工业固废矿化封存CO_(2)的研究进展及固碳潜力评估

目前,CO_(2)捕集与封存技术是最有效的碳减排方法。相较于与天然矿石,工业固废具有较高的钙、镁基等碳化活性组分,是理想的矿化原料。本文初步介绍了工业固废中碳化活性组分,重点阐述钢渣、电石渣、粉煤灰及磷石膏矿化封存CO_(2)研究现状及制备建筑材料,从直接固碳量和间接固碳量两方面评估工业固废矿化CO_(2)碳减排潜力。结果表明:工业固废间接固碳量远高于直接固碳量。

CO_(2)地质封存潜力与能源资源协同的技术基础研究进展

规模化集群化部署是CCUS技术发展方向和化石能源低碳化利用的国家重大需求,CO_(2)地质封存潜力与能源资源协同关系及机制是实现CCUS技术规模化、集群化部署的理论基础。系统梳理评述了国内外CO_(2)地质封存潜力及其评价方法、CCUS源汇匹配与管网设计模型、CO_(2)地质封存潜力与能源资源协同关系、CCUS集群部署技术基础与模式等领域的主要进展,讨论展望了我国CO_(2)地质封存潜力与能源资源协同理论方法体系的研究思路。研究工作取得以下认识:CO_(2)地质封存潜力制约着CCUS技术的发展潜力与应用规模,适宜性评价方法、封存容量评估方法和封存选址方法所构成的CO_(2)地质封存潜力评价方法体系已初步建立,但亟待完善发展;源汇匹配是CO_(2)运输管网设计与CCUS技术集群化部署的重要直接依据,完善建立CCUS源汇匹配规划优化模型与CCUS集群管网设计模型是技术关键,从单阶段静态规划模型向多阶段动态规划模型发展是方向;CO_(2)地质封存潜力与能源资源协同关系构成了CCUS技术的约束条件,CCUS技术与可再生能源、氢能、储能等新能源技术的协同有望形成实现能源系统脱碳的新路径、新模式和新方向,CO_(2)地质封存潜力与生物质、水资源协同关系约束了CCUS技术规模化部署地域和BECCS技术发展应用潜力,基于CCUS源汇匹配模型的能源资源系统优化模型研究也成为新的技术需求;CO_(2)地质封存潜力、能源系统约束的CCUS源汇匹配优化方案和CCUS全流程技术体系构成CCUS集群化部署的重要技术基础,近源输送陆上封存CCUS集群部署模式应是我国优先考虑发展方向,远源输送陆上封存CCUS集群部署模式和离岸封存CCUS集群部署模式在我国长三角、大湾区等区域也有发展前景。

不同地质体中CO_(2)封存研究进展

碳捕集、利用与封存(CCUS)技术是降低二氧化碳(CO_(2))排放、缓解气候变化问题的重要措施。作为CCUS技术的重要组成部分,CO_(2)地质封存是我国能源工业领域实现碳中和目标的“兜底”技术。常见的CO_(2)封存地质体包括深部咸水层、枯竭油气藏、深部不可采煤层和玄武岩等,不同地质体中CO_(2)的封存过程及其机理存在差异。综述了不同地质体中的CO_(2)封存机理、国际国内CO_(2)封存的主要工程实例以及不同地质体中CO_(2)封存潜力的计算方法,并对CO_(2)地质封存的前景进行了展望。

基于物质的量平衡的气藏CO_(2)埋存潜力评估方法

枯竭气藏是进行CO_(2)埋存的有利场所之一,进行气藏CO_(2)埋存潜力评估至关重要。基于气藏生产和CO_(2)埋存采注过程中物质的量平衡原理,考虑气体偏差系数随着温度和压力的变化,依据气体状态方程,建立了气藏CO_(2)埋存潜力评估模型,分析了采出程度和气体偏差系数对气藏CO_(2)埋存量的影响。结果表明,采出程度和气体偏差系数越大,越有利于CO_(2)埋存。结合川中A区块L1井的实际参数进行了CO_(2)埋存潜力评估,考虑气体偏差系数随储层温度和压力变化预测的CO_(2)埋存量比传统物质平衡法计算的埋存量高27%。该方法对CO_(2)埋存潜力评价研究及埋存方案优化具有重要意义。

玄武岩CO_(2)矿化封存潜力评估方法研究现状及展望

二氧化碳地质封存是实现减排增汇的重要技术选择,能够将CO_(2)长期、安全地封存在地下岩层中。常规的CO_(2)封存地质体包括地下深部咸水层和枯竭油气藏,玄武岩是近年来逐渐受关注的新一类CO_(2)封存地质体,进一步丰富和拓展了CO_(2)地质封存的技术手段和碳汇潜力。封存潜力评估是CO_(2)地质封存技术发展的重要基础工作之一,文章系统梳理国内外玄武岩矿化封存潜力的评价方法,对比分析各类方法的原理机制和应用情景,并以冰岛活动裂谷带玄武岩为例应用、对比各类方法。研究认为目前玄武岩矿化封存潜力评估方法一般包括三类:(1)单位矿化法:基于玄武岩单位体积或单位反应面积的固碳量开展潜力评估;(2)矿物置换法:基于玄武岩中可固碳矿物的总量开展封存潜力评估;(3)孔隙充填法:基于CO_(2)矿化后产生次生矿物所占岩石孔隙体积比例的上限值开展封存潜力评估。单位矿化法的评估数据需进行系统的实验分析,增加了潜力评估的难度。当玄武岩储层孔隙度较大、可固碳矿物含量相对较小时,矿物置换法较为合适;反之,孔隙充填法更合适。

中国民用航空器CO_(2)减排潜力的区域划分

对中国进行科学的区域划分,是研究具有区域差异性与空间相关性航空器CO_(2)排放问题并提出差异化CO_(2)减排措施的重要基础。基于2007—2016年中国部分地区民用航空器运行数据,在构建CO_(2)减排潜力分类模型的基础上,通过Kruskal算法得到省域网络关系最小生成树;采用谱聚类算法,以“最大化区划优度”为目标,划分航空器CO_(2)减排潜力的不同区域。结果表明:最优区域划分为四分区,区划优度为0.35;航空器CO_(2)减排潜力高的区域主要分布于中国西南和中南地区,潜力低的区域主要分布于东北和华北地区;针对各区域CO_(2)减排特征,从民航局、机场和航空公司等不同主体提出了差异化的区域CO_(2)减排措施。

碳达峰视角下的机场航空器CO_(2)减排潜力研究

科学测算机场航空器CO_(2)的减排潜力对民航实现“双碳”目标具有重要意义。基于中国31个省域(除港澳台)机场航空器CO_(2)排放量,采用面板回归方法分析了4类影响因素的减排效应;从理论最优与最佳实践视角测算了CO_(2)减排潜力;最后利用情景分析与蒙特卡洛模拟方法研究了CO_(2)达峰水平与路径。结果表明:影响因素均有积极减排效应;理论最优视角下,机场航空器CO_(2)减排潜力为1 325.79万吨,其中开放程度减排潜力最高;而最佳实践视角下,CO_(2)排放将增加;基准发展与政策减排情景下,可分别在2045年、2034年达峰;减缓机场航线网络扩张等可加速实现碳达峰。

中国西北地区超基性岩封存CO_(2)潜力研究

超基性岩可通过碳酸盐化生成稳定的碳酸盐矿物,它是一种以地球化学手段有效且永久封存CO_(2)的矿物。在自然界中矿物封存CO_(2)可通过风化作用自发发生,人工干预能进一步提升碳酸盐化反应效率,促进工业化进程。笔者基于最新1∶100万西北地质图及数据库,试图对西北地区分布的超基性岩的封存潜力进行理论评估。结果表明,西北地区超基性岩封存CO_(2)量可达963.23亿t,其中新疆超基性岩CO_(2)封存量最大,可达613.52亿t,占西北地区总封存量的63.69%。西北地区超基性岩封存CO_(2)量大致相当于全国2021年CO_(2)排放量的10倍,在完全释放其固碳潜力的情况下,初步静态估算可封存全国CO_(2)排放量约10年。因此,西北地区超基性岩封存CO_(2)潜力巨大。未来,应针对单个超基性岩体收集已有大比例尺精细基础地质调查数据,并补充性开展调查及研究工作,进一步圈定CO_(2)地质封存的有利靶区,促进超基性岩封存CO_(2)的地质解决方案成为未来碳中和目标在西北地区落地实现的最优方案之一。

磷石膏矿化封存CO_(2)技术进展及固碳潜力评估——以湖北省宜昌市为例

湖北省宜昌市磷石膏堆存量巨大,极具矿化封存CO_(2)的物质基础,而磷石膏固碳方法侧重点各有差异,需综合评价磷石膏矿化封存CO_(2)技术,确定宜昌市磷石膏固碳方法,评价其固碳潜力。全面收集磷石膏固碳相关文献,采用对比、借鉴、总结工作手段,总结了磷石膏矿化封存CO_(2)技术方法,根据磷石膏中Ca参与矿化封存CO_(2)的形式,将该技术分为磷石膏氨水法和磷石膏热分解制备钙基法;前者适合工业化集约式矿化CO_(2),但需合适的原料生产线,而后者适合便携式自发捕集,但需还原剂参与反应且耗能较高并有毒尾气需细致处理。综合宜昌磷石膏堆场条件,认为宜昌宜采用磷石膏氨水法。常压磷石膏氨水法矿化试验的最优条件,即氮硫比为2、反应温度为40℃、反应时间为60 min、固液比为100 g/L、氨水浓度为1.5 mol/L。该条件下磷石膏矿化CO_(2)的转化率可达95.9%,测算宜昌市磷石膏的固碳潜力可达2938.8万t。

CO_(2)地质封存技术研究进展

利用CO_(2)地质封存技术大规模降低大气中的CO_(2)含量,是应对气候变化的重要途径。本文综述了CO_(2)在不同储层介质中的封存潜力和地质反应。讨论了注入井压力、注气方式等对CO_(2)在地下储层中最大封存量的优化结果,以及在枯竭油气藏和不可开采煤层中进行CO_(2)的封存提高原油及煤层气产率,为实现环境和经济双重效益提供帮助。

东海陆架盆地咸水层CO_(2)封存地质条件适宜性评价

系统分析了东海陆架盆地咸水层CO_(2)封存的关键地质要素,认为在构造和沉积演化的控制下盆地表现出“整体封存有利、东西封存差异”的特征,东部坳陷裂陷充分,构造单元面积大、沉积厚并且地层发育全,潜在封存层系为中新统和渐新统;西部坳陷裂陷早,构造单元面积相对小、地层薄并且地层时代老,CO_(2)封存的有利储盖组合为古新统—始新统。对各二级构造单元咸水层CO_(2)的封存量进行了计算,结果表明,东海陆架盆地D级咸水层CO_(2)封存量为636.2亿t,其中东部坳陷的西湖凹陷和基隆凹陷封存量最大,均超过100亿t,其次为西部坳陷的瓯江凹陷,达到64亿t。结合关键封存要素建立了东海陆架盆地D级CO_(2)地质储存适宜性评价指标体系,并对各评价单元进行了适宜性评价,结果表明西湖凹陷和瓯江凹陷CO_(2)封存适宜性最好,为东海陆架盆地CO_(2)封存的有利远景区。

鄂尔多斯盆地深部咸水层CO_(2)驱水与埋存潜力评价方法研究

该研究以鄂尔多斯盆地致密咸水层为研究对象,建立了深部咸水层CO_(2)驱水过程中有效埋存量评价方法。基于室内实验和数值模拟方法,确立了CO_(2)在地层水中溶解度、CO_(2)注入后的综合压缩系数、CO_(2)驱水采收率3种埋存系数。以鄂尔多斯盆地石千峰组深部咸水层为例,分析并评价了目标储层深部咸水层CO_(2)驱水与埋存的综合潜力。研究结果表明,深部咸水层CO_(2)驱水与埋存过程中有效埋存量与CO_(2)在水中溶解埋存、CO_(2)注入后储层综合压缩埋存、CO_(2)驱水替换作用导致的埋存有关;CO_(2)在咸水中的溶解度随着温度的增加而降低,随着压力的升高而增大;CO_(2)注入后的地层综合压缩系数与岩石压缩系数及油气水饱和度相关;致密储层条件下CO_(2)驱采收率较低,仅为9.65%;目标储层深部咸水层CO_(2)驱水与埋存过程中溶解作用埋存量最大,其次为驱替作用埋存量,再次为压缩效应埋存量。

枯竭气藏CO_(2)埋存潜力计算方法研究

温室气体CO_(2)地质封存是应对碳达峰和碳中和的重要手段,而枯竭气藏是埋存CO_(2)优势显著的靶点。基于CO_(2)在气藏中的不同存在形式,考虑溶解埋存和矿化埋存等机理,在气藏CO_(2)理论埋存量计算方法的基础上,建立气藏CO_(2)有效埋存量计算方法,可用于估算枯竭气藏CO_(2)埋存潜力。建立低渗气藏机理模型,在开发后期进行CO_(2)埋存,考虑CO_(2)溶解于地层水及CO_(2)与水和岩石发生矿化反应,对比计算结果与数模结果,超临界埋存量、溶解埋存量和矿化埋存量的误差分别为2.81%、7.37%和6.25%,有效埋存量误差仅为3.06%。