二氧化碳封存(二):海洋封存與生態影響

 
2017/07/10 李元亨 | 國立成功大學資源工程學系
海洋封存示意圖,海洋佔據地表的70%以上,平均深度為3800公尺,具有極大的二氧化碳封存潛能。(圖片來源:撰稿團隊修改自global-greenhouse-warming)
  • 海洋封存示意圖,海洋佔據地表的70%以上,平均深度為3800公尺,具有極大的二氧化碳封存潛能。(圖片來源:撰稿團隊修改自global-greenhouse-warming)
 

自從進入工業時代,人為溫室氣體(以二氧化碳為主)大量排放到大氣中,使地球氣候逐漸暖化。二氧化碳捕獲與封存(簡稱碳捕存)技術,是有效的二氧化碳减排措施之一,可將二氧化碳與大氣長期隔絕,讓大氣層內的溫室氣體濃度維持穩定,降低全球暖化。其中,碳封存技術依照封存場址的不同,可分為地質封存、海洋封存、礦化封存三種方式,本文將介紹二氧化碳海洋封存。

 

二氧化碳海洋封存,是將工廠等排放源所捕獲的二氧化碳,經過管線或是船舶進行運輸,注入到深海或是較深的海床進行封存。封存的二氧化碳依照封存方式的不同,可用液態或固態進行封存(氣態較為少見)。

 

二氧化碳注入的海水位置

 

在進行海洋封存時,為了避免二氧化碳影響到表層海水,破壞海洋生物的生存環境,需要將二氧化碳注入到深水層(位於斜溫層底下,又稱溫躍層, Thermocline。水溫在垂直方向上呈現急遽變化的水層,通常位於水下50至500公尺處,隨緯度和環境而有差異)。因上層的斜溫層溫度變化劇烈,導致海水密度迅速改變,上方的表面水體能與下方的深水層分離,如此一來便不易發生海水對流,可有效阻隔上下水體的垂向混合。因此,注入於深水層可有效降低封存的二氧化碳返回大氣層的速率,長期隔絕二氧化碳與大氣的接觸。

 

注入到海平面下深度1500公尺處

 

若以液態的形式進行二氧化碳注入,可分為兩種方式進行封存。如果將二氧化碳注入到海平面下深度1500公尺處,二氧化碳可有效地溶解於海水中,再因海水水平擴散的機制,而沖淡二氧化碳濃度。雖然1500公尺的深度已於斜溫層之下,對表層水體的環境及海洋生物的影響較小,但溶解於海水的二氧化碳仍會改變海水的PH值,造成海洋酸化,仍有可能會對生態系統產生慢性影響。

 

注入到海平面下深度3000公尺以下

 

若是將二氧化碳注入到海平面下深度3000公尺以下,由於液態二氧化碳密度較海水大,且海水的溫度壓力可讓二氧化碳長期保持液態,當二氧化碳下沉到海床內的凹地或海溝中,便形成液態二氧化碳湖。雖然此種方式的安全性較高,且較不易溶解於海水中,但由於深度較深,所需之注入井的成本相對較高。

 

固態二氧化碳的封存,是利用固態二氧化碳的高密度讓固態二氧化碳迅速下沉,沉入海底進行封存。雖然固態二氧化碳密度高,理論上在自由下落到3000公尺深時,大部分仍然能夠保持完整的結構,但於輸送過程中也有可能溶解或破碎,而使固態二氧化碳的封存較無可行性。

 

海洋佔據地表的70%以上,平均深度為3800公尺,具有極大的二氧化碳封存潛能。海洋封存經過許多年的理論發展,以及透過實驗室模擬、小場址試驗等方式進行研究,但無論二氧化碳以何種相態進行封存,皆無法避免二氧化碳融於海水中,造成海水的PH值改變,只能盡量減少其對生態環境的影響。同時,對於後續深海生態系統改變以及海流流動造成洩漏等問題,仍然缺乏足夠的評估結果,並且在全球或區域的海洋法規以及環境法規中,缺乏對於二氧化碳海洋封存的明確規範。因此,在海洋封存對於生態系統的影響上,需要更多的研究以及審慎評估。

 

整體而言,將液態二氧化碳注入深水層內,可將二氧化碳與大氣有效隔離,有著極大的封存潛能。但在海洋封存對環境影響性、法令規範、操作成本等問題上,仍需要許多的研究以了解其影響性及風險,並建立完整的法律規範。

 

(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

 
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  • 延伸閱讀:
     
    • Carbon Dioxide Capture and Storage (SRCCS) (IPCC, 2005)
    • 李洛丹、劉妮、劉道平(2008),二氧化碳海洋封存的研究進展,能源與環境。
     
 
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