能源开采新突破环保与发展共同实现

　　新研究显示，将空气和CO2注入墨西哥湾底部的可燃冰可以获得大量天然气能源，同时将CO2封存在地下帮助应对气候变化。
　　能源开采与环境污染
　　随着经济的持续增长，能源引起的环境问题日益受到重视。按照人类开发利用能源活动作用于周围环境所引起的环境质量变化，将环境污染问题分为以下三大类：
　　1 对大气环境的影响
　　大气环境是指生物赖以生存的空气的物理、化学和生物学特性。能源开发利用过程排出的CO2、SO2、CO、NOX等有害气体可改变原有空气组成，并引起污染，造成全球气候变化。
　　2 对生态环境的影响
　　生态环境是指与人类密切相关的、影响人类生活和生产活动的各种自然力量的总和。能源引起的生态环境问题是指人类为其自身生存和发展，不合理地开发利用能源的过程中所造成的生态破坏。
　　3 对人居环境的影响
　　人居环境主要指人类工作劳动、生活居住、休息游乐和社会交往的空间场所。能源开发利用引起的人居环境问题是指能源的开发和利用干扰了人类生活的空间场所，导致实际居住环境偏离人们理想中的居住环境。破坏大气环境和生态环境最终都会导致人类生存环境的恶化。
　　在传统的能源开采中会产生巨大的危害，因此寻找新能源则成为人们竞相选择的＂环保＂方法。事实上，即使是锂电池这样相对清洁的新能源，本身就是一种污染，因此，能源开采看似和保护环境是不可兼得的。
　　天然气开采的新研究
　　这项研究于6月27日发表在《水资源研究》杂志上，科学家使用计算机模型来模拟当CO2和空气的混合物被注入可燃冰沉积物时会发生什么，在低压高浓度自然环境例如墨西哥湾深处和北极永冻层这样的条件下，就可以形成可燃冰。
　　研究的第一作者是德州大学奥斯汀分校杰克逊地球科学学院的博士毕业生Kris Darnell，他称这项研究是解决包括能源安全和碳储存在内的两大全球挑战的下一步。
　　＂我们的研究表明，你可以在可燃冰中储存CO2并同时生产能源，＂Kris Darnell称。
　　研究人员表示，在此过程中，注入氮气可以提高天然气的产量，用二氧化碳代替氮气可以获得同样效果。这种方法的优点在于它从可燃冰沉积物中提取天然气，同时将CO2储存在深层环境中，在这种环境里，CO2几乎不会释放到可能导致气候变化的大气中。
　　这不是第一次有科学家提出用可燃冰储存CO2。早期的尝试要么失败，要么成效不足。这项新研究打破了该过程背后的物理现象，揭示了为什么以前的尝试会失败以及如何得到正确结果。
　　Darnell说，下一步是在实验室验证他们的发现。德州大学奥斯汀分校杰克逊地球科学学院、德州大学计算工程和科学研究所正在杰克逊学院的一个专门场所中测试该方法，这里是世界上为数不多的能够储存和测试可燃冰的地方之一。这项工作由杰克逊学院教授、德州大学高级研究科学家Peter Flemings以及计算工程和科学研究所教授David DiCarlo领导，两人是本研究的共同作者。
　　＂有两件很有趣的事情。首先，我们可以生产天然气来产生能源并隔离CO2，＂Flemings说，＂其次，通过用CO2水合物替换可燃冰（甲烷水合物），我们减少了对（地质）地层的干扰，降低了对环境的影响，还提高了这一过程的效率。＂ 原理与应用
　　如果该方法可以在工业生产的现场大规模应用，那么它将具有巨大的潜力。
　　可燃冰中的气体分子被封存在水冰分子的笼子内而不是与它们化学键合。德克萨斯州大学和美国能源部正在合作研究天然形成的甲烷水合物，目的是弄清楚它们作为能源的潜力。这具有重要意义，因为据估计仅从墨西哥湾下面的矿床中收集的甲烷可以为美国供电数百年。
　　在论文中，作者表明，将一种封存在水合物中的分子替换为另一种（称为客体分子交换）的过程是一个两阶段过程而不是过去所认为的单一的同步过程。
　　首先，氮气分解甲烷水合物。其次，CO2在逸出的甲烷气体后面结晶成缓慢移动的CO2水合物。
　　计算机模拟表明，可以通过增加浓度的CO2重复该过程，直到储层变得饱和。作者说，与一些碳储存方法不同，这为工业界开始储存CO2提供了一个积极的动力。
　　研究人员希望公开邀请整个科学界走出去，利用他们正在学习的东西向前发展。寻求一条既能合理、有序、可持续地开发能源，又能保护环境的途径，使人类与大自然和谐相处，是企业与社会所追求的共同目标。相信通过科学技术的不断进步，这一理想终将成为现实。
　　引用：
　　K.N. Darnell, P.B. Flemings, D. DiCarlo. Nitrogen-Driven Chromatographic Separation During Gas Injection into Hydrate-Bearing Sediments. Water Resources Research, 2019; DOI: 10.1029/2018WR023414
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