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編者注:這是關於碳捕獲與封存的五個專題系列中的第四篇,從 2009 年 4 月 6 日到 4 月 10 日每日釋出。
斯卡里地區峽谷礁運營商委員會油田,更廣為人知的名稱是SACROC,位於得克薩斯州斯奈德附近,自 1972 年以來已吞噬了 1.4 億公噸液態二氧化碳(CO2)——其中 8000 萬公噸被永久封存在油藏中。泵入所有二氧化碳意味著可以泵出更多的石油。
36 年來,丹伯裡資源公司和金德摩根公司等石油服務公司已將二氧化碳從科羅拉多州的天然儲藏層輸送到西得克薩斯州二疊紀盆地日漸衰竭的油田。
美國至少有 100 個像 SACROC 這樣的專案和 3,100 英里(5,000 公里)的二氧化碳管道。據金德摩根公司二氧化碳總裁、石油工程師 R. Tim Bradley 稱,自 20 世紀 70 年代以來,各公司總共注入了約 10.8 萬億立方英尺的溫室氣體,以將油田產量提高約每天 65 萬桶——超過美國日產量的 10%。
就碳捕獲與封存(CCS)而言,最重要的是,北達科他州的大平原合成燃料廠自 2000 年以來每年已向薩斯喀徹溫省的韋本油田泵送多達 200 萬公噸的二氧化碳。
總部位於波士頓的環保組織清潔空氣工作組的碳儲存開發協調員庫爾特·沃爾澤指出:“達科他州氣化專案正在生產合成氣,並從該過程中獲取二氧化碳,然後將其透過管道輸送到韋本油田。實際上,你已經演示了碳捕獲與封存專案的所有組成部分。”
在所有這些專案中,二氧化碳基本上從油田中沖刷出更多的碳氫化合物。當注入到油藏中時,它與石油混合,並調動更多的石油——就像松節油清潔油漆一樣——然後使其可以泵到地表。
使用二氧化碳來提取更多的化石燃料——同時在此過程中永久儲存一部分二氧化碳——可能聽起來與限制氣候變化適得其反,因為這些燃料燃燒時會向大氣中排放更多的二氧化碳。但是,丹伯裡公司負責油藏工程的高階副總裁、石油工程師羅納德·埃文斯計算,它可以將總體排放量至少減少 24%:每回收一桶石油最終會向大氣中排放 0.42 公噸的二氧化碳,而注入地下回收它的二氧化碳量為 0.52 至 0.64 公噸。事實上,金德摩根公司的布拉德利估計,如果操作得當,美國提高石油採收率可以將二氧化碳排放量減少 4%。
與碳封存相關的最大恐懼通常是,被困的二氧化碳可能會突然逃逸到地面,造成致命的後果,就像 1986 年喀麥隆尼奧斯湖發生的那樣。那個火山湖在其寒冷的深處自然積累了 200 萬公噸的二氧化碳;一天晚上,它自發地排放出來,取代了含氧的空氣,使 1000 多名附近的村民窒息而死。
然而,在商業上使用二氧化碳進行提高石油採收率的三十年中,沒有發生過危險的洩漏。洩漏和破裂的注入井中的二氧化碳總是會迅速擴散,不會構成威脅。
例如,1936 年,猶他州的勘探者在鑽探天然氣時意外地製造了一個二氧化碳間歇泉。隨著壓力的增加,它仍然每天噴發幾次,但據斯坦福大學全球氣候和能源專案主任、水文學家莎莉·本森說,“它非常安全,它是一個旅遊景點,而不是風險”。事實上,根據勞倫斯利弗莫爾國家實驗室(LLNL)的建模,空氣中二氧化碳的濃度必須達到 10% 以上才能構成危險,這很難實現。
LLNL 碳管理專案負責人胡里奧·弗裡德曼解釋說,原因是火山湖噴出的二氧化碳與井口或滲入地下室的氣體逃逸的情況截然不同。在尼奧斯湖,二氧化碳的突然釋放導致危險的濃度聚集在低窪的周圍地區。從井口或裂縫中逸出的加壓氣體只是迅速與大氣混合,不會構成危險,就像使用滅火器並不危險一樣。在空氣混合極少的情況下,例如緩慢洩漏到地下室,只需安裝感測器和風扇即可消除該問題,就像當今義大利和匈牙利天然二氧化碳滲漏附近的公寓樓一樣。
最大的風險來自井口本身的洩漏:根據 LLNL 的資料,每 12,000 口注入井中就有一口發生洩漏。而且,與重新粘合的花瓶類似,井口會提供裂縫,而新的破裂最有可能在那裡形成,特別是如果二氧化碳的注入速度過快且地下深處積聚了過多的壓力。
但是,大多數井口似乎都能保持完好。例如,根據正在進行測試的奧斯汀德克薩斯大學的地質學家蘇珊·霍沃卡說,在密西西比州克蘭菲爾德附近於 1944 年鑽探的油井並未對注入二氧化碳產生的額外壓力做出反應。她說:“我想祝賀那些鑽這些井的工人,因為它們似乎能夠很好地承受壓力。”
在日本的一個示範專案中,即使發生 6.8 級地震也沒有將注入深層鹽水含水層的二氧化碳震松;井口絲毫沒有洩漏。弗裡德曼說,大地震可能會導致洩漏,但在許多情況下不會。
根據 1974 年的《安全飲用水法案》,美國環境保護署 (EPA) 目前正在制定新措施來監管用於二氧化碳注入的井——根據 EPA 飲用水保護部門負責人斯蒂芬·希爾的說法,最終規則將於 2011 年透過,以保護地下水資源免受地下二氧化碳的侵害。希爾說:“那裡有 80 萬口井注入幾乎所有可以想象的東西。我們認為這項技術已經成熟,我們可以安全地向前發展。”
儘管如此,環保基金會氣候和空氣專案業務合作部駐紐約董事總經理馬克·布朗斯坦警告說:“第一個做得不好的碳捕獲與封存專案將是最後一個碳捕獲與封存專案。在這方面,它與核電非常相似。”