碳地質封存技術介紹(1):選址

 
2017/09/25 馬瑋謙 | 國立成功大學資源工程學系
選擇合適場址以確保碳封存之安全性(圖片來源:Energy.gov)
  • 選擇合適場址以確保碳封存之安全性(圖片來源:Energy.gov)
 

面臨氣候變遷帶來的衝擊,國際間開始面對過量的溫室氣體對地球所帶來的影響,而最大的挑戰在於,這樣的問題會使得環境變化的趨勢持續,各地將有更多極端氣候等災害發生,若危機發生才採取行動,付出的代價及損失往往難以彌補。「二氧化碳捕獲與封存」(Carbon Dioxide Capture and Storage,簡稱CCS)由捕獲、運輸和封存三個環節組成,是指將二氧化碳直接由排放源頭分離出來,運輸並封存在地質構造,與大氣長期隔絕。

 

目前國際間至少有74項大規模CCS計畫正在營運或建設,每年約有2000萬噸二氧化碳,相當於接近400萬輛汽車的排放量,因此從大氣層中消失。然而,人類把地下石油與天然氣開採出來作為燃料,接著將燃燒產生的二氧化碳經由捕獲再次送回地下儲存,這樣的過程並非安全無虞。除了需要正確成熟的工程技術與監測系統,選擇具有良好封存條件的場址也十分重要,為確保地質封存安全性的基本要求,在選址的過程中必須針對地質、水文等條件進行調查與評估,包括岩層構造的斷層地形、岩石性質等,才能針對二氧化碳注儲做適當規劃及控制系統。

 

中油自澳洲引進二氧化碳地質封存場址篩選技術——義大利國旗法(Italian Flag Method),在掌握地質條件之後,評估候選場址之優先排序,由義大利國旗的綠、白、紅三色,來代表有效性的信心水準,綠色為有利計畫執行,紅色代表不利計畫執行,而白色所占的比例則指出不確定性的大小;因此綠色比例越高,顯示對此場址掌握度越高,藉由參數化的方式,將圖像應用於工程設計上以降低風險,篩選出最具增產潛力且風險最低的油氣構造。

 

儲氣層評估

 

地質封存系統中,考慮「儲集層」的溫度、壓力、面積、孔隙體積,需有足夠符合性質的孔隙率、滲透率以及厚度,增加二氧化碳的移動空間與封存量,位於上方負責隔絕二氧化碳的「蓋層」(又稱蓋岩層)需覆蓋結構完整,並具不透水的阻隔性質。而地震發生的影響程度與地層水的流動趨勢,也需被納入考慮因素,增加二氧化碳封存的有效性;封存結構的深度需離地表超過800公尺,使注入二氧化碳氣體壓力易達到具有流動性質的超臨界狀態,以提高灌注效率。除了上述封存系統之外的因素中,場址的合適性也非常關鍵,場址與二氧化碳來源的距離、水深、灌注的二氧化碳對地下油氣田是否產生影響,更有人為方面的考量,同時也包括場址距離人口密集區和人類使用的地下水層的遠近。

 

洩漏風險

 

對於輸送的二氧化碳可能發生洩漏的情形,大致可以分為人為與自然兩種途徑。前者可能因為注入井構造的瑕疵或外部材質劣化,或受到場址內其他仍在使用中的生產井或已廢棄卻未封填完全的舊井影響,以及輸送管線的毀損也有造成洩漏的風險。自然洩漏途徑則包含不良蓋層,使二氧化碳得以通過,往地表向上竄升,蓋岩層上原有的斷層及破裂面,更有無法完整阻隔二氧化碳的危險性。封存監測、模擬技術與風險評估,都是國際上在封存安全上努力研發的重點技術,良好的通風、警備系統能防範降低洩漏情形發生後的危害,都是選址不可或缺的關鍵考量。

 

(本文由科技部補助「新媒體科普傳播:二氧化碳與能源發展科普推廣計畫」執行團隊撰稿)

 

審校:沈建豪

 
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