RT - 
SR - Electronic
T1 - Особенности захоронения СО2 в техногенных литосферных реакторах как фактор сокращения количества его антропогенных выбросов
SP - 2023-04-11
A1 - Воробьев, К. А.
A1 - Щерба, В. А.
A1 - Воробьев, А. Е.
A1 - Чекушина, Т. В.
YR - 2023
UL - https://rep.herzen.spb.ru/publication/799
AB - Введение В настоящее время подтверждено, что увеличение выбросов парниковых газов в концентрациях в воздухе, таких как диоксид углерода (СО2), метана (CH4) и закиси азота (N2O), является основной причиной наблюдаемого глобального потепления [3]. Диоксид углерода, считается основным источником парниковых газов, так как он также производится в больших (выше, чем 74 % от общего объема выбрасываемых газов) количествах, производимых в результате человеческой деятельности. Концентрация некоторых антропогенных газов в атмосфере, в частности углекислого газа, неуклонно растет на протяжении последнего столетия. Увеличение скорости СО2 в атмосфере особо было заметно в последние 250 лет [4]. Данные, полученные из ледяного керна станции «Восток» показывают вариации CO2 с возрастом воздуха в течение 160000 последних лет. Результаты показывают среднюю концентрацию 272 промилле по объему, сравнимую с «доиндустриальным» уровнем CO2, который оценивается в 275 ± 10 млн. [1]. Однако пик CO2, равный около 300 промилле по объему (p.p.m.v.), был установлен при выработке энергии ~135 кило-год до настоящего (Kyr BP), если этот пик подтвержденный, он остается значительно ниже текущего уровня, который составляет около 400 p.p.m.v [5, 6]. Это недавнее увеличение СО2 индуцируется антропогенной деятельностью и несколько исследований на эту тему показывают, что по годам 2025 г. и 2100 атмосферная концентрация углекислого газа будет намного выше 400 и 650 млн., соответственно [2, 8]. Сектора, которые несут ответственность за выбросы углекислого газа, это с одной стороны, энергия, которая включает в себя транспорт, электричество и тепло, а также другое сгорание топлива, промышленности и неорганизованных выбросов, а с другой стороны - энергия промышленных процессов и изменений в землепользовании. В течение геологического времени, углеродный цикл представляет собой баланс между секвестрации в осадочных породах и дегазацией вулканов [9]. Но в настоящее время, глобальные выбросы диоксида углерода из ископаемого топлива и промышленности уже составляют около 36 Гт СО2 (2016 г.), что составляет 63 % по сравнению с 1990 г. [7]. Эти антропогенные выбросы являются чрезвычайно высокими и приводят к дисбалансу, который вызывает глобальное потепление. В связи с этим, одним из решений против глобального потепления является поглощение углекислого газа, как было упомянуто Киотском протоколе в списке средств, которые могут быть использованы странами-участницами, чтобы сократить свои выбросы [18]. Поэтому мы сосредоточимся на хранении в геологических средах антропогенного углекислого газа, который является последним шагом секвестрации [11-16], т.е. попытаемся осуществить обзор и анализ различных возможных техногенных реакторов и установить преимущества, которые они могут предложить для хранения перелива антропогенного углекислого газа в литосферные геологические среды, как средство по ограничению и сокращению его выбросов в атмосферу. Результаты и обсуждение Хранение диоксида углерода в геологических средах. Подземные соляные каверны: Солевые образования, как правило, содержат несколько слоев соли, разделенных слоями других пород, таких как сланцы, песчаники, доломит, ангидрит. В настоящее время существует 2 типа каменной соли для подземного хранения: в солевом куполе (в основном в Германии, США, Великобритании и Канаде); в пластах слоистой каменной соли. Есть некоторые несолевая материалы (аргиллиты, сланцы, гипс и т.д.) в качестве промежуточного слоя в слоистых структурах каменной соли. Обычно солевые слои находятся на глубинах от 500 до 6000 футов ниже дневной поверхности и имеют мощность до 3000 футов. Есть много способов для развития подземной соляной каверны - основной из которых растворение соли. В настоящее время одна соляная каверна имеет обычно до 5x105 м3 в объеме и может хранить жидкости при давлениях до 80 % от порога разрыва пласта [17]. Во всех случаях, давление в каверне составляет 0,93-0,94 вертикального напряжения. Глубинные минерализованные водоносные горизонты: Они могут относиться к любому из ряда осадочных типов пород, насыщенных минеральными водами, из которых вода дренирована, и в котором жидкости можно нагнетать. CO2 может быть введено в солевой водоносный слой, где он может либо растворяться в солевом растворе, вступать в реакцию с растворенными минералами или окружающей породы, или стать захваченным в поровом пространстве водоносного горизонта вследствие его притяжения к стенкам водоносного горизонта. Захоронение в водоносном горизонте морского дна: когда CO2 впрыскивается на глубинах более 2700 м ниже поверхности океана, где находится под давлением до такой степени, что она становится более плотной, чем морская вода, поэтому утечки CO2 или даже уменьшение его расстояния до уровня покрывающей породы очень маловероятно [8]. Захоронение поверхностного солевого водоносного горизонта: инъекции СО2 должно быть ограничено с глубины 500 м, глубина, на которой СО2 сверхкритическое, до 3000м, глубина, ниже которой эффективное снижение хранения и цена значительно увеличивается [19]. Растворение щелочных алюмосиликатных минералов CO2 также приведет к увеличению концентрации растворимых карбонатов и бикарбонатов в растворе, тем самым повышая эффективность ''ловушки растворимости'' [10]. Нефтегазовые резервуары: Типичный нефтегазовый резервуар состоит из слоя проницаемой породы, на котором лежит другой слой непроницаемой породы, образуя ловушку, которая может содержать СО2 внутри таким же образом, он держит нефть и газ. Кроме того, инъекция CO2 в резервуары нефти и газа могут быть использованы для увеличения количества нефти и природного газа, добываемых из земли с помощью 2-х процессов, известных как методы увеличения нефтеотдачи пластов и увеличения добычи газа. Неразрабатываемые угольные пласты: Адсорбция СО2 является основным механизмом для хранения в угольных пластах при высоком давлении. Метан, который является одним из побочных продуктов (другие воды и СО2) процесса углефикации в угольных пластах, в основном хранится в виде сорбата на внутренней площади поверхности микропористого угля. Современные коммерческие технологии добычи угольного метана в первую очередь обезвоживают уголь для того, чтобы освободить адсорбированный газ [2]. Инъекции СО2 в глубоких пластах инициирует процесс десорбции смещения в результате чего адсорбированный метан вытесняется закачиваемый CO2. СО2-ECBM в угольных резервуарах пластов в общих чертах аналогично повышение нефтеотдачи пластов с использованием CO2. Тем не менее, угольные пласты заметно отличаются от обычных углеводородных резервуаров, а также от существующих механизмов хранения газа. Газы хранятся в угле с помощью 3-х механизмов: • физической адсорбции на внутренних поверхностях угля;   вход в молекулярную структуру;   в порах и естественных трещинах. Закаченный CO2 в угольных пластах будет захватываться комбинацией химической и физической сорбцией на поверхности угля и физическим отлова в пределах грунтозацепами угля. Есть возможность хранения СО2 в угольных пластах с обеспечением восстановления метана угольных пластов [1]. Геологические факторы играют ключевую роль в показателях емкости резервуара для хранения СО2 и потенциальной добычи метана в качестве ECBM: • Давление, температура, влажность и ранг; • Местная гидрология; • Проницаемость; • Структурные характеристики.