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淺談二氧化碳海洋隔離法

2007/04/05 經濟部能源局 點閱人次: 294

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■撰文:邱瑞焜

「京都議定書」生效後,世界各國均致力於二氧化碳的減量。在眾多的減量方法中,二氧化碳海洋隔離法是值得關注的新興技術。目前,最常被討論的兩種方法,包括二氧化碳「直接注入法」以及藉由水中浮游生物吸收二氧化碳的「鐵肥施放法」,均有很大的發展潛能。

地球在溫室效應的影響下,平均氣溫越來越高,也導致氣候變得有點異常,經常有熱浪席捲各地。在這種情況下,為了保護地球的生態環境,二氧化碳的減量已成為全世界的共識,也是先進國家推動「京都議定書」的目的。

而減量的方法有很多種,包括:推動節約能源、增加使用低碳(天然氣)能源、將二氧化碳回收後封存隔離起來等。就技術及經濟的層面來看,二氧化碳的封存隔離也是一項不錯的選擇。因此,歐美、日本等國很早就在研究如何將二氧化碳經壓縮處理後,封存於廢煤田、廢氣田或者隔離於深海中。本文所介紹的海洋隔離法(Ocean Sequestration)就是其中的一種。雖然目前海洋隔離法相較於陸上的二氧化碳地下封存研究起步晚,但是對四面環海的台灣來說,不啻為一項值得研究的技術。

海洋隔離法的發展過程

海洋是地表環境中最重要的二氧化碳儲存庫之一,海水在不同的溫度及壓力下,對二氧化碳有不同的吸收能力,但總括來說約為大氣的6倍,大概可以儲存40萬兆噸的碳,對於吸收大氣中含量過高的二氧化碳很有潛力。

因此在1970年代就有科學家提倡海洋隔離法,當年「國際應用系統分析協會」的Cesare Marchetti就建議可以把火力發電廠產生的二氧化碳注入深海中。接著在1990年代,有更多的方法被提出,例如:將二氧化碳固化成一個邊長為3公尺的正立方塊,然後投入深海,當正立方塊下沈到了水深3,000公尺的時候,就會有一半的二氧化碳溶入海水中。而到了21世紀,海洋隔離法中最常被討論的方法有上述2種,都有科學家在進行研究。

立竿見影的直接注入法

直接注入法,顧名思義就是把回收起來的二氧化碳直接注入海洋中,又可分為固定式以及移動式2種。固定式是把二氧化碳回收工廠設在陸地上,然後經由陸上連到海底的管線,把氣態二氧化碳排到200~400公尺的海中,或者利用類似鑽油平台的設備把液態的二氧化碳灌注到3,000公尺的深海海底。而移動式則是指裝載液態二氧化碳的船,在海上航行的時候,利用拖曳的長管線把液態的二氧化碳排到1,000~2,000公尺的深海。其中固定式及移動式的差別就在於釋放二氧化碳的管線位置,一個是固定的,而另一個是隨船移動。

那些直接注入深海的二氧化碳,會依照存在於海中深度以及物質的三相變化而有所不同,但是都可以達到隔離二氧化碳、降低大氣中二氧化碳濃度的目的。如果是以氣態的形式存在海水中,二氧化碳氣泡會在上升的過程中慢慢溶入海水。如果是液態的話,由於是灌注到壓力較大、溫度較低的深海環境,液態的二氧化碳就會轉化成一堆小顆粒,看起來就像是漂浮在海水中、達到中性浮力平衡狀態的一團羽狀物。而這些小顆粒有一個特別情況,就是在其表面會形成非常薄的保護層,可以減緩二氧化碳的溶解,增加整團羽狀物浮在海中的時間。而最後一種情況是把液態的二氧化碳灌注到深度超過3,000公尺的海床凹處,由於係形成固態的二氧化碳水合物,所以也有把二氧化碳聚集在海床上的效果。

請生物幫忙的「海拋鐵肥法」

海水中的浮游植物會行使光合作用吸收二氧化碳,而小型浮游動物則會利用海水中的二氧化碳,建立起以碳酸鈣為主的骨骼和殼。當浮游生物死後,這些骨骼、殼與有機體中的有機碳,一般會往海洋的底部下沉,堆積在幾千公尺深的環境中,也就間接減少了大氣中二氧化碳的量。

理論上,增加硫酸鐵這些微營養鹽到海水中,可使單細胞浮游藻類大量繁殖,而這些藻類在連續生長一段時間後也會死亡,死去的浮游藻類會陸續沉到大洋深處。因此,海拋鐵肥有加速把大氣中二氧化碳固定到海底的作用,可以達到長期隔離的效果。例如:科學家發現在大量南極磷蝦出現的地方,其海底沈積物的碳含量會比較高,就是一個最好的例子。

海洋隔離法的研究近況

目前直接注入法還是以小規模研究以及電腦模擬為主,在各國中以日本的科學家最為積極。例如:日本地球環境產業技術研究所的科學家利用超級電腦進行模擬,預測二氧化碳在釋放到深海之後的移動及擴散情況。模擬結果顯示,如果在日本沖繩島東南方500公里、深度800~1,200公尺的海中注入二氧化碳,一部分的二氧化碳會隨著黑潮北上,1個月後到達鹿兒島南部,3個月後與日本伊豆南部的海底山脈相撞,並在這一帶迂迴。二氧化碳經過區域的海水,其二氧化碳的濃度會升高,顯示出一定程度的隔離效果。再者,二氧化碳以水合物的形式存於海床上也是一項很熱門的研究題目,目前日本正在研究如何開發Nankai Trough海域的甲烷水合物,如果能夠利用二氧化碳取代其中的甲烷,這樣就可以一舉兩得,不但能獲得能源,還可以減少溫室氣體。

在海拋鐵肥法方面,近來最廣為人知的實驗是在2002年初利用三艘研究船在南極和紐西蘭之間海域進行的測試。美國木洞海洋研究所的科學家把超過2,200磅的鐵肥倒入海洋中,刺激水中浮游生物的成長,然後利用船上的研究設備在該海域觀察了28天,測量海水中二氧化碳的變化,希望能夠得知這個實驗相對性的減少了多少二氧化碳;其研究結果也已經在相關的國際期刊上發表。(作者為國立台灣大學海洋所博士生/感謝成大水利海洋研究發展基金會提供「朱光彩先生紀念獎助金」以完成本文)


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