气候变化是人类面临的最紧迫的挑战之一。为了应对其潜在的灾难性影响，科学家们正在寻找新的技术来帮助世界实现碳中和的目标。
一种潜在的解决办法吸引了科学家的注意力：在海底沉积物下以水合物的形式捕获和储存二氧化碳。这种水合物是由上方海水重量产生的自然压力保持的。然而，一个主要的问题是，这种形式的二氧化碳在储存期间能否保持稳定。
一种潜在的控制碳排放的方法是将二氧化碳封存在深海水合物中 | 参考资料[1]
现在，新加坡国立大学化学和生物分子工程系的研究人员首次用实验证明了二氧化碳水合物在海洋沉积物中的稳定性，这是使这种碳储存技术可行的重要一步。
这项研究的首席研究员 Praveen Linga 教授说: “这是这类实验的首个证据，我们希望能够据此促进这种碳储存技术的进一步发展。”该研究团队的研究结果——作为新加坡能源中心资助项目的一部分——首次发表在科学期刊《化学工程杂志》上。
Praveen Linga 教授与研究团队在实验室 | 参考资料[2]
研究团队使用了一种特别设计的反应器，证明二氧化碳水合物可以在海洋沉积物中保持稳定长达30天。研究小组表示，同样的方法还可以用来验证二氧化碳水合物在更长时间内的稳定性。
研究团队证明二氧化碳水合物能在海洋沉淀物中保持稳定长达30天 | 参考资料[3]
在海洋产生的低温高压条件下，二氧化碳会被困在水分子中，形成类似冰的物质。这种二氧化碳水合物形成的温度刚好高于水的冰点，可以在1立方米的水合物中储存多达184立方米的二氧化碳。
在世界各地类似的海洋环境中，都发现了稳定存在的甲烷水合物，这进一步支持了存储在深海沉淀物中的二氧化碳水合物能保持稳定与安全的论点。
研究团队表示，这项技术有希望发展成为具有一定商业规模的工艺，使得像新加坡这样的国家每年可以高效地将超过200万吨的二氧化碳固定为水合物，从而达到减排目标。
Linga教授和他的团队使用特殊设计的设备重现了深海海底的环境，那里的温度在2℃到6℃之间，压力是海平面的100倍。建立一个能够维持这种条件的大型反应器是一项挑战，这也是以前无法进行二氧化碳水合物稳定性试验的原因之一。新加坡国立大学的团队利用内部设计的加压容器克服了这一挑战，容器内衬有硅砂层，模拟海洋沉积物。
研究人员用硅砂层模拟海洋沉淀物 | 参考资料[3]
团队在仪器顶部和硅砂层内制得固体水合物，并将加压容器设置为模拟海洋条件，以观察形成的固体二氧化碳水合物在沉积物中的稳定性。在加压条件下，团队对水合物进行了14-30天的观察，发现水合物具有高度的稳定性。
这一水合物技术将使各国目前在枯竭油气储量和盐水层中的碳储存外，还可以在深海地质构造中封存大量的碳排放。对于像新加坡这样设定了在2050年前实现碳中和目标的国家来说，这项技术可能成为减少二氧化碳排放的重要方法。
“为了实现碳中和目标，我们必须考虑具备一定规模和速度的封存二氧化碳的新方法。像二氧化碳水合物这样封存在沉积物中是一个具有前景的解决方案。”。
研究团队的下一步研究计划，将是扩大实验的规模和时间尺度。
林加教授表示：“从实验的角度来看，我们计划将这项技术的规模扩大10倍，同时进一步创新开发可量化的工具和方法。”他还表示，展望未来，研究小组的目标是尽快证明二氧化碳水合物具备至少六个月的稳定性。
Linga教授展示能够重现海底环境的实验设备 | 参考资料[3]
该团队还在最近宣布，新加坡政府将在低碳能源研究基金倡议下提供资金，用于开发尖端的低碳能源技术解决方案，这将极大地支持这种储存技术的发展。通过未来计划中的实验，团队希望能开发出能够预测二氧化碳水合物在数千年后稳定性的模型。
参考文献
[1] Qureshi M F, Zheng J, Khandelwal H, et al. Laboratory demonstration of the stability of CO2 hydrates in deep-oceanic sediments[J]. Chemical Engineering Journal, 2022, 432: 134290.
[2]https://www.eurekalert.org/news-releases/945561
[3]https://news.nus.edu.sg/nus-research-shows-co2-could-be-stored-below-ocean-floor/
编译：矩阵星
编辑：酥鱼
排版：尹宁流
题图来源：图虫创意
研究团队
通讯作者 Praveen Linga：新加坡国立大学化学和生物分子工程系教授，2009年获不列颠哥伦比亚大学博士学位，主要研究方向为天然气水合物开发、二氧化碳储存与利用、能源储存与海水淡化等。
课题组主页 https://blog.nus.edu.sg/lingalab/
第一作者 M Fahed Qureshi：新加坡国立大学化学和生物分子工程系博士后 ，主要研究方向为气体水合物、海洋二氧化碳截存等。
论文信息
发布期刊 《化学工程杂志》 Chemical Engineering Journal
发布时间 2022年3月15日
论文标题Laboratory demonstration of the stability of CO2 hydrates in deep-oceanic sediments
(DOI：10.1016/j.cej.2021.134290）
文章领域 化学工程，二氧化碳捕获与储存
欢迎关注果壳硬科技