撰文：史蒂文·L·布莱恩特（Steven L. Bryant） 

本文作者史蒂文·L·布莱恩特是得克萨斯大学奥斯汀分校石油工程和地质工程系教授，也是该校地下能源安全前沿中心（Center for Frontiers of Subsurface Energy Security）主任，并负责了一项由能源公司资助的研究项目。这个项目和他领导的能源安全前沿中心都致力于二氧化碳的地质封存研究。

翻译：谢丛姣

二氧化碳是导致气候变化的直接因素。要减少大气层中的二氧化碳含量，需要人们付出不菲的代价转而使用其他能源以代替当今的主要能源——石油和煤碳，或采用成本高昂的技术捕集由各种企业排放的二氧化碳并封存起来。

如果有一种技术，既能产生大量能量，又可明显减少温室气体的排放，而且还与现有的工业基础设施非常匹配，它会带来怎样的影响？这种假设将在美国的墨西哥海湾成为现实。由于那里有着特殊的地质条件，可以把大量的二氧化碳封存在地面几千米之下的热盐水层中，这个封存过程也能够产生大量的甲烷和可用热能。

封存二氧化碳

研究人员将化石燃料发电厂排放的废气中的二氧化碳分子作为捕集和封存的目标，并试图使其封存在地下而无法进入大气层。科学家也已经从理论上分析得出，位于地下几千米内的沉积岩的孔隙能封存几个世纪排放的二氧化碳。

下一步则是要使用已经相对成熟的石油和天然气开采技术来实现二氧化碳封存。但二氧化碳会随着时间的推移通过岩石的裂缝和孔隙扩散到大气层。科学家随后发现，二氧化碳溶解在水中时，液体的密度却会增加，而地下大多数水溶液是盐水，当二氧化碳溶解在含盐的流体中时，盐水的密度也会变大。研究人员利用这一性质将二氧化碳封存起来，使其下沉到溶液底部，由此解决了二氧化碳向上扩散的问题。

但二氧化碳在通常的温度和压力下需要很长时间才能溶解在地下盐水中。因此，本文作者史蒂文·L·布莱恩特和他的研究生提出了一个大胆的想法：钻一口到达盐水层的井，将盐水从地层中取出、加压、注入二氧化碳，最后将溶解了二氧化碳的盐水注回地下。但从钻井所需成本以及运行它们所需能量来看，封存二氧化碳似乎很不划算。

“能源金字塔”

一位来自德克萨斯大学奥斯汀分校的石油工程学家加里·波普发现了一种“隐藏”的能源。美国墨西哥湾地下深处的盐碱含水层中含有丰富的溶解性甲烷，甲烷又是天然气的主要成分，可以就地传送给当地发电厂发电或者通过发达的天然气管网输送到其他地区。将甲烷从盐水中提取出来，再将二氧化碳溶解其中，由此所获得的收益将会超过隔离二氧化碳所需的成本。

虽然能源开采越发困难，但能源总量却很可观。在“能源金字塔”中的页岩气之下就是溶解在地下盐水层中的甲烷。甲烷在盐水中的浓度仅相当于页岩气的1/5，但总量惊人。据估计，仅在美国墨西哥湾沿岸的地下盐水层中就储存了几千甚至几万万亿立方英尺的甲烷。

形成闭环系统

无论是将二氧化碳封存于地下，或是从盐水中提取甲烷、获取地热能量，将这三者组合到一个连环系统内便可形成互相支持的状态。那么，这个系统能否隔离足够的二氧化碳，进而能够在很大程度上完成减排任务？

研究人员对墨西哥湾做了一些评估。该区域有很多化石燃料发电厂和其他产生大量二氧化碳的工厂，墨西哥湾沿岸地下也有着巨大的盐水储层。此外，该区人口众多，可以消耗大量的地热资源。

每年封存10亿吨二氧化碳（这是目前美国排放速度的六分之一），这需要每天注入和抽取4亿桶盐水。尽管数字惊人，但利用10万口注入井和抽取井还是能够达成目标的。这个连环式的二氧化碳封存方案附带产生的能源效益也足以支撑整个系统。每年封存10亿吨二氧化碳会产出约4万亿立方英尺的天然气，地热能的产出量同样可观。

研究人员认为，假如将产出的甲烷用于火电厂发电，甚至无需回收这些甲烷产生的二氧化碳，该系统甚至在之后100年内能使二氧化碳的排放量下降800亿吨。