碳地質封存技術介紹(6):完善監測

 
2017/09/12 張貽斐 | 國立成功大學資源工程學系     230
 

你是否曾經體會過,打開汽水的那一剎那,汽水全跟著二氧化碳一起噴出來的慘劇?許多人可能對於將二氧化碳封存在地質構造裡面,會有一樣的疑慮:萬一二氧化碳漏出來,汙染到地下水該怎麼辦?萬一二氧化碳像被搖過的汽水一樣,噴出地表呢?究竟二氧化碳是怎麼被封存的,又要怎麼確保其安全性呢?

 

就像汽水一樣,想要把二氧化碳的活動範圍限制在瓶子裡面,首先你需要一個厚實且堅固的蓋子,在一些擁有比較特別的地質條件地區,科學家們透過地質調查,找到特別的地下構造,這種緻密的地層構造被稱為「蓋岩層」,為其底下相對不那麼緻密的儲集層,創造出了絕佳的封存空間,使得底下的地層物質不容易滲透出去。與汽水不同的是,當二氧化碳被注入儲集層,會隨著時間和地層的溫度壓力條件,與地層物質發生化學反應,漸漸地變成礦物質儲存在地層裡面,換句話說,二氧化碳會變成穩定的固體儲存在地層裡面。

 

監控被封存的二氧化碳是否洩漏的方法,根據其測量的位置從空中到地表下監測,可分為三種監測方法:在空中監測的大氣監測技術(Atmospheric Monitoring)、在接近地面監測的遙測與近地表監測(Remote Sensing and Near-Surface Monitoring ) 、在地表下施作的地下監測(Deep Subsurface Monitoring)。

 

大氣監測的基本概念為,監測大氣中的二氧化碳濃度,若有異常的升高,代表此處可能有二氧化碳洩漏。由於二氧化碳洩漏的機率與比例非常小,科學家們集中探討的監控機制,便落在遙測與近地表監測以及地下監測部分。

遙測與近地表監測有以下五種:地表形變監測、地表重力監測、土壤氣體化學分析、化學示蹤劑、生態系統監測。地表形變監測與地表重力監測,可以搭配遙測技術與地理資訊系統(Geographic Information System, GIS)做分析。土壤氣體化學分析是其中最直接的方式,為直接在地表採樣,測量土壤內的二氧化碳含量。將示蹤劑混入要被注入地層中的待封存二氧化碳中,可以與地層內原生的氣體做出區隔。透過觀察注入井周遭的植披生長變化,也可以推斷是否有二氧化碳溢出洩漏到地表附近的情況,此方法即為生態系統監測。

 

地下監測的方法有以下五種:震測、注入井壓力檢測、井下溫壓監測、井下流體化學監測、跨孔式地電阻電測法。震測又可分為微震測與四維(4D)震測兩種,透過地震儀可以蒐集到微震資料,將之應用於檢測蓋岩層的完整性,而四維震測則可以進一步地描繪出,二氧化碳在地底的分佈狀況。透過監測注入井的壓力,與井下溫壓變化,以及流體的化學反應,可以有效並精準地控制二氧化碳在地層中的行為,這三種方法對於施行二氧化碳注入的時期,是非常重要的參考依據。跨孔式地電阻電測法是透過在兩口或兩口以上的井之間,施作地電阻的檢測,來觀察其地電阻測量值的變化,此方法通常用於探勘地質構造,是透過不同的物質所產生的地電阻會有所不同,因此可以藉此找出,是否有二氧化碳的溢漏情形。

 

由此看來,其實現有的二氧化碳封存的監測系統與技術是非常完善的,但想要達到完全確保二氧化碳封存的安全性,除了因地制宜的監測技術以外,更需要於一開始選址以及地質探勘時期,做好萬全的準備。

 

(本文由科技部補助「新媒體科普傳播實作計畫」執行團隊撰稿)

審校:沈建豪