《PNAS:研究揭示油气藏在大规模碳捕集与封存方面的潜力》

  • 来源专题:岩土力学与工程信息资源网
  • 编译者: linana
  • 发布时间:2024-06-26
  • 在全球气候变化的影响下,迫切需要迅速、大规模地推广碳捕集与封存(CCS)等相关碳去除技术。长期以来,研究人员就认识到CCS是限制全球变暖的脱碳战略的重要组成部分。近期,美国研究揭示了油气藏在大规模CCS方面的潜力。

    斯坦福大学牵头的研究指出,大幅增加CO2地质封存需要重点关注枯竭油气藏分布量较大的地区。这些地区油气藏大多具备充分的储藏能力,其地质学和水动力学环境得到了充分认识,与咸水层相比不易受到注入诱发地震的影响。一旦启动CO2封存设施并投入运营,即可用于封存多个来源的CO2。此外,将碳捕集和封存(CCS)与制氢相结合将成为未来10年大幅减少温室气体排放的一项具有经济可行性的战略。

    研究发现,利用二氧化碳提高石油采收率(EOR)可以实现二氧化碳的有效封存。这类油气储层(和周围的地质构造)通常特征良好,存在密封地层(或不会有油气堆积),并且从多年的研究中可以知道流动特性和密封特征。这些油田已知的生产和注入历史提供了所需的静态和动态储层知识,从而可以评估其对大规模CCS的适用性。EOR生产的石油可以产生比传统生产的石油更低的碳排放量。该技术克服了传统盐岩含水层注入二氧化碳而诱发地震活动的不安全因素,

    上述策略在石油和天然气出口国具有非常高的适用性。因此研究人员以阿曼的枯竭油气田为例,从制氢与二氧化碳储存两个方面分析了阿曼的油气得以出口的经济效益以及碳封存战略的可实施性。相关研究成果发表于《Proceedings of the National Academy of Sciences》 。

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    • 来源专题:岩土力学与工程信息资源网
    • 编译者:李娜娜
    • 发布时间:2025-01-07
    • 二氧化碳在水中溶解并随后发生水解反应对全球碳循环和碳捕集与封存至关重要。水溶液碳不仅存在于体相中,还可以被吸收到纳米级空腔或纳米空间中。了解水溶液碳在宽压力-温度(P-T)范围内的反应机制和途径对于化学、工程、地球和环境科学等多个领域的科学家来说都非常重要。尽管针对此问题开展了大量研究,但对这些反应在原子尺度上的理解仍然有限。 研究结合了从头分子动力学(AIMD)模拟和马尔可夫状态模型(MSM),以阐明超临界水中二氧化碳在体相和纳米限域状态下的反应机制和动力学。将无监督学习与第一性原理数据相结合,能够自动识别复杂的反应坐标和途径,而不是预先进行人为推测。有趣的是,无偏模型发现了一种在石墨烯纳米限域下溶解CO2(aq)的未知途径,其中焦碳酸根阴离子[C2O52? (aq)]作为中间态。焦碳酸根阴离子以前被认为在水中短暂存在;然而,研究表明,它是纳米限域溶液中的关键反应中间体和稳定的碳物种。研究中甚至观察到在AIMD模拟中形成了以前未知的焦碳酸[H2C2O5(aq)]。焦碳酸根的意外出现与限域溶液的超离子行为有关。研究还发现,碳化反应涉及沿着瞬态水线进行的集体质子转移,它在体相溶液中表现出协同行为,但在纳米限域下是逐步进行的。考虑到水合地球流体通常被限制在地球矿物的孔隙、晶界和裂缝中,大型氧碳化合物可能是深层碳循环中的重要碳宿主,并在二氧化碳封存中发挥重要作用。 第一性原理马尔可夫状态模型在阐明水溶液中的复杂反应动力学方面具有巨大的潜力。研究强调了大型氧碳化合物在水溶液碳反应中的重要性,这对深层碳循环和二氧化碳封存具有重要意义。相关研究成果发表于《Proceedings of the National Academy of Sciences of the Unitied States of America》 [1]。 [1] Unveiling Hidden Reaction Kinetics of Carbon Dioxide in Supercritical Aqueous Solutions
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    • 来源专题:工业强基
    • 编译者:张欣
    • 发布时间:2024-07-05
    • 随着夏季的临近,美国东海岸城市正面临着电力需求的激增,特别是在家庭和企业增加空调使用的情况下。为了应对这一挑战,许多城市正在依赖于在大西洋建设的海上风电项目。然而,准确预测这些海上风力涡轮机的能源产量并非易事,科罗拉多大学博尔德分校(CU Boulder)的科学家团队及其合作者正在努力解决这一难题。 在3月14日发表于《风能科学》杂志的一篇论文中,由博士研究生Dave Rosencrans和大气与海洋科学系教授Julie K. Lundquist领导的团队,对美国计划在大西洋地区建造的大型风电场进行了研究。他们发现,海上风力涡轮机可能会因为所谓的“尾流效应”而减少邻近涡轮机的风能,这可能会使风电场的发电量降低超过30%。 即便如此,研究团队估计,考虑到尾流效应,这些拟议中的风电场仍能满足新英格兰电网大约60%的电力需求,该电网覆盖了康涅狄格州、缅因州、马萨诸塞州、新罕布什尔州、罗得岛州和佛蒙特州。 尾流效应是指当风吹过涡轮机时,上游的涡轮机会从风中提取能量,导致风在涡轮机后面减慢并变得更加湍流。这就意味着下游的涡轮机得到的风速较慢,有时会导致发电量的降低。特别是在海上,由于缺乏建筑物或树木来搅动空气,帮助消散尾流,尾流效应尤为显著。 研究团队使用计算机模拟和大气观测数据,计算出尾流效应在东海岸的一个拟议风电场中减少了34%到38%的总发电量。此外,他们还发现,在某些天气条件下,尾流可以影响到55公里外的涡轮机,影响其他风电场。 为了更好地管理这些尾流效应,团队强调了预测其影响并提前准备的重要性。Lundquist教授指出,随着美国继续扩大可再生能源项目,并将更多的清洁电力整合到电力系统中,电网运营商需要清楚地了解他们可以从每个可再生能源来源中获得多少能量。 为了改善对风电场区域风况的理解,Lundquist的团队参与了能源部的风电预测改进项目3,并于去年12月在新英格兰海岸附近的岛屿上安装了一系列仪器。这些仪器,包括天气监测器和雷达传感器,将在未来一年或更长时间内收集数据,以期改进海上风电预测模型,并更好地将海上风能整合到电网中。 随着美国电力需求的不断增长,特别是在电动汽车、数据中心和制造设施日益普及的背景下,多样化的清洁能源组合对于满足需求和实现电网脱碳至关重要。Lundquist教授强调,通过更好地预测风能,我们可以增加对可再生能源的依赖,这对于实现国家的清洁能源目标至关重要。 这项研究得到了实验室定向研究与发展计划和PNNL的NETS倡议的支持,并由David Rosencrans等人进行,研究成果发表在《风能科学》2024年的期刊上。