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《PNAS：使用碳酸酐酶加速深海固碳，有助应对海洋酸化》

  • 来源专题：中国科学院文献情报系统—海洋科技情报网
  • 编译者： mall
  • 发布时间：2017-08-03

  • 南加利福尼亚大学（USC）和加州理工学院（Caltech）的科学家，在不伤害珊瑚及其他生物体的前提下，使海洋最深处储存并中和碳的一个本来缓慢的、天然的化学反应过程加速了500倍。相关研究结果已发表在本周的《PNAS》上。

    有史以来，USC-Caltech团队是首次可以精准测量溶解在海水中被一种常见的碳酸酐酶加强的方解石（一种碳酸钙）的反应速率。碳酸酐酶是维持人类和其他动物的血液和组织中酸碱平衡的酶。USC的资深作家和地球化学家William Berelson说：“数十亿年以来，遍布海底的碳酸盐物质一直在中和海洋中的二氧化碳，但这种未被催化的反应过程十分缓慢。更重要的是，没有人知道怎样加速这个反应，而现在我们搞清楚了。”

    碳酸钙存在于整个星球的海洋里，从海洋表面的珊瑚礁到埋葬海底深处的死亡生物的壳体，如浮游生物。海洋中的温室气体约是大气中的50倍，这也是造成海洋酸化的原因。

    然而，当酸化的海洋表层水进入海洋较深处时，它们会与海底死亡生物的碳酸钙壳反应，从而中和这些输入的二氧化碳。这是自然缓冲过程的一部分，允许海洋储存如此大量的二氧化碳，至少在海洋酸化接触不到和侵蚀不到珊瑚礁等结构的地方是这样的。

    Berelson说：“碳酸钙在海洋中的溶解是我们所谓的化学缓冲剂，它像我们使用抗酸药来缓解胃酸痛一样”，这个过程是“海洋的抗酸剂”。

    现在得益于该项工作的研究成果，这个原本需要数万年将CO2转换为碳酸盐的过程得以在很短一段时间内实现。Berelson说：“研究结果将在帮助减少大气二氧化碳方面发挥重要作用。”

    （李亚清 编译）

    原文链接：http://www.pnas.org/content/early/2017/07/17/1703604114.full

  • 原文来源：https://www.eurekalert.org/pub_releases/2017-07/uosc-dbc071717.php
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    • 编译者：pengh
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  • 《岸碳入海“碳”路未来》
    • 来源专题：中国科学院文献情报系统—海洋科技情报网
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    • 2024年12月16日，我国首个海上膜脱碳示范工程项目——惠州32-5平台伴生气回收脱碳及二氧化碳封存项目全面建成投用，项目每年可回收伴生气超1800万立方米，封存二氧化碳6000吨，对于探索发展CCUS(二氢化碳捕集、利用和封存)和海洋碳汇技术，助力实现“双碳”目标具有重要意义。 为什么要把二氧化碳封存在海底?我们的每一口呼吸，植物的光合作用，都与二氧化碳有关。它可以运用于制冷剂制造、食品保存灭火及烟雾效果制造等，但它也是温室气体的主要“成员”，能导致地面升温，这似乎已是大家对它的共同认识。事实是怎样的?我们该如何应对? 为什么要封存二氧化碳 随着人类活动加剧，工业化程度不断增大，化石燃料消耗日益增多，人为原因的二氧化碳排放越来越大。工业革命前大气中二氧化碳浓度约为280ppm(百万分率)，2022年5月，美国国家海洋和大气管理局联合斯克里普斯海洋学研究所测得大气中二化碳浓度超过420ppm，比工业化前水平高50%以上，2023年二氧化碳浓度仍在继续上升。 空气中不断增加的二氧化碳，一方面改变了现代大气的组成，由于其温室效应造成海冰融化、海洋变暖和海平面上升，造成全球大气环流调整和气候带向极地扩展，而引起气候变化和一些极端天气出现。 另一方面海水溶解大气二氧化碳，二氧化碳与水反应形成碳酸，导致海洋pH值降低，海水不断酸化，破坏海洋生态系统中的碳酸盐平衡，导致珊瑚生长缓慢或者珊瑚礁溶解。 科学家的研究，证明二氧化碳是导致全球气温升高和气候变化的主要因素之一，控制二氧化碳排放、消减大气中二氧化碳含量成了人类维护城市生命线系统运行、保证人居环境质量保障居民生命财产安全和生态安全的至关重要措施。 何为海上二氧化碳地质封存 海洋是地球上最大的活跃碳库，海洋负排放(即海洋对大气二氧化碳的吸收和封存)潜力巨大。 我国是海洋大国，主张管辖海域总面积约300万平方公里，我国学者对海洋碳达峰、碳中和进行了大量研究，包括海上风电、蓝碳生态系统(如红树林、盐沼、海草等)、“蛎礁藻林”为代表的海洋牧场、“岸碳入海”为代表的海上二氧化碳回注封存等。 二氧化碳地质封存是全球碳负排放的重要选项之一，海上二氧化碳地质封存是其重要组成部分。主要是利用海底各种天然地质结构储存二氧化碳，包括海底咸水层封存、油气储层封存、海底玄武层封存等。 海上二氧化碳地质封存是二氧化碳捕集、利用封存的一种，是一项应对气候变化的重要举措。把通过各种途径捕集的二氧化碳，加压并运输至海上二氧化碳封存平台，进而注入海底合适的地层中，从而实现二氧化碳与大气、海水永久隔离，同时在此过程中尽可能产生一些附加值。 海底咸水层封存和油气储层封存都是将二氧化碳通过海上注入平台充注到海底的深层地质结构体中，其中海底咸水层中主要是咸水，油气储层则是枯竭油气藏或者在开采的油气藏(即地球上存储着石油和天然气的地层结构) 注入地质结构中的二氧化碳由于周围岩石具有二氧化碳的低渗透性，导致二氧化碳被深海地层封闭、溶解、束缚、吸附、矿化等过程而被永久捕获，从而达到封存目的。 海底玄武岩封存主要依托海底玄武层富含的二价金属离子与二氧化碳的高反应性，一部分注入的二氧化碳会生成次生碳酸盐矿物而留存下来，一部分二氧化碳填充玄武岩上部的多孔带中孔隙并被低渗透地层封闭而储存下来。 在这几种封存方式中，海洋水体封存的二氧化碳会由于洋流和海域局部二氧化碳过饱和形成的浓度差，导致二氧化碳通过海水缓慢释放到大气中，而通过海上地质封存的二氧化碳则基本不会。 海上封存的经济、环境成本更低 选择海上进行地质封存，主要考虑经济效益及对封存地周边的环境影响。 我国沿海地区分布了大量距海岸线在50公里范围内的工业园区。这些区域工业和农业占地广阔，人口众多且分布密集，陆上地质封存空间均十分有限。 不论是通过汽车运输还是管道运输，超长的运输距离都将大幅增加二氧化碳的运输成本土地使用成本和潜在的陆上安全风险，导致只能就近寻找封存区域。 2022年广东省发布《广东省二氧化碳捕集利用运输与封存规划研究报告》，认为珠江口地、北部湾盆地以及雷州半岛玄武岩封存潜力可观，是广东省内主要的二氧化碳地质封存区域。 此外，相较于陆地封存，海上二氧化碳封存具有不占用土地，不影响地下水资源，远离居民区等优点，且除岩石盖层外，表层还有海水的压力和阻隔，因此封存的风险性大幅降低。 海上封存有利有弊 选择海上二氧化碳地质封存，一方面可以减少大气和海洋中二氧化碳的含量，减少因为氧化碳导致的气候灾害出现几率，减缓地球表面温度升高速率，减低海洋酸化、海冰溶解程度;另一方面，海上二氧化碳地质封存不在陆地进行，减少了对人类生存土地的占用，也降低了对人类生活环境的影响。 可是海上二氧化碳地质封存也有一些潜在的整端和负面影响。首先，原本海底地层没有过多二氧化碳，存在一种天然平衡，不断注入二氧化碳，可能会导致地层内部结构发生变化，打破这种平衡。 其次，海上二氧化碳地质封存存在二氧化碳泄漏的风险，这些风险伴随整个地质封存工程和封存地质体的生命周期，涵括了汽车运输、管道运输、海底地质活动等风险，最恶劣的情况就是整个地质体中封存的二氧化碳又重新完全释放出来，释放的二氧化碳会与周围的沉积物海水发生反应，引起海洋酸化和碳酸盐体系急剧波动，危害海洋生态系统。 第三，海洋中本来没有二氧化碳地质封存的设备和建筑物，突然增加的建筑物和人类活动，肯定会对海洋生态环境造成一走影响。 2021年8月，中国海洋石油集团有限公司在南海珠江口盆地实施了我国首个海上二氧化碳封存示范工程，将恩平15-1油田群开发伴生的二氧化碳封存于海底以下800米~900米深度的储层，预计每年可封存二氧化碳约30万吨。 海上二氧化碳地质封存是一项新技术，最近几年才有运营的实例，在全球范围内的广泛应用任重道远。相信随着科技水平和海上二氧化碳地质封存研究水平的提高，未来“岸碳入海”的更好方案将不断出现，完美实现海上绿色低碳发展。
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