切换到宽版
  • 926阅读
  • 10回复

[其他]人工固碳:是不是吃饱了撑的? [复制链接]

上一主题 下一主题
离线刘萝卜锅
 
发帖
293
财富
629
威望
0
交易币
0
只看楼主 倒序阅读 使用道具 0楼 发表于: 01-10 | 石油求职招聘就上: 阿果石油英才网



之所以提出这个问题,是因为地球本来就有碳循环机制,排的排,固的固,运转了几十亿年。这种情况下,到底需不需要人来插一杠子?回答这个问题,需要的信息量还真不少——


水是生命之源,碳是生命之基。作为碳基生物,地球人都该知道,碳循环与水循环一样,是地球生物圈存在的必要条件。




地球上大概有碳60000万亿吨,其中99.9%被封禁在岩石圈夜半三更哟盼天明,只盼有一天祖坟火山冒青烟让自己逃出生天。




但由于地球已球到中年,运动能力早不如前,啪啪啪爆发火山这种当初的日常事件,如今已成新闻事件——曾经的碳循环主力,如今退居二线,只能在挥发余热时抢抢伪头条。根据2013年科学家对各种火山每年碳排放的抽样测量分析,全球火山碳排放大概是每年6.45亿吨。而2019年发表在物理学家组织网的一项研究认为,火山碳排放每年还不到4亿吨。海洋每年的新增固碳能力大概是5~6亿吨,基本可以消化火山的碳排放。


当然,上述只是当前年代正常火山活动的排量。如果遇到超级火山大爆发,碳排放量将呈指数级上升——当然还附赠更多有害物质。2.5亿年前的西伯利亚火山大喷发,持续了百万年,灭绝了差不多96%的物种,史称西伯利亚地盾事件、二叠纪末生物大灭绝。




但在超级火山爆发之前,岩石圈里蠢蠢欲动的碳多数时间只能憋着,继续充当风光地表的暗黑基本盘。


所以,眼下活跃在大循环一线的碳,只是碳家族中的极少数、一丢丢。这一丢丢活跃分子,分布在三个碳库:大气圈库、水圈库、生物圈库。这三个碳库之间的吐纳循环,是地表得以生机勃勃、风光无限的根基。


水圈、生物圈的碳,最大来源是大气圈。而大气圈的碳,从总量上来说,大概每20年就可以完全更新一次,也就是更新7600亿吨,平均每年更新380亿吨。所以如果一个人有幸活到100岁,TA就可以经历地球大气碳元素的五更。


人体含碳量为18.5%。除脑细胞等重要神经细胞外,人体全身细胞平均大概6.5年更新一遍,按照人均体重60公斤、80亿人算,不算吃穿住行与热武器互殴等消耗,仅人体细胞更新一项,每年平均碳循环量52000000吨。加上正常年份全球平均每年死亡5800万人带来的643800吨碳循环量,人体细胞凋亡年碳循环总量为52643800吨。如果对这么多碳没概念,可以参考另一个数字:2022年全球天然石墨产量为1300000吨。这段所说的“碳”是纯碳,不是碳排放所指的温室气体。




在生物圈,碳的流通基本上始于植物。植物每年大概要吃掉空气中碳总量的1/20~1/35。这意味着,如果没有什么东西往空气中大搞碳排放,只需二三十年,地球生命的原动力——光合作用,就被卡了脖子,断供了碳原料。





3条评分认可度+10财富+55
pamoz 财富 +5 - 05-16
allex02 认可度 +10 优秀文章,您的文章给了我们一种享受~ 02-15
allex02 财富 +50 优秀文章,您的文章给了我们一种享受~ 02-15
评价一下你浏览此帖子的感受

精彩

感动

搞笑

开心

愤怒

无聊

灌水
离线刘萝卜锅
发帖
293
财富
629
威望
0
交易币
0
只看该作者 1楼 发表于: 01-10 | 石油求职招聘就上: 阿果石油英才网



这并非危言耸听。我们的大气层、水系、地质运动本身,各自都是庞大的复杂系统,它们相互作用,加上更加复杂多变的生物参与互动,常常会引发难以预测的后果,诸如气温、大气中某些成分的大起大落等等。看过本号《地球故事》系列的朋友都记得,类似的不稳定事件,在地球上反复发生。
比如大概20多亿年前的大氧化事件,地球生命的老祖宗们都是厌氧生物,吃的是碳,排的是氧,由于当时我们动物都不在,氧气自然就越来越多,活泼的氧不仅开始毒死生物,还氧化了地表的矿物,氧化了空气中的甲烷等温室气体,使地球进入冰期,造成雪球地球,这就是著名的大氧化事件——造成了99.5%的生命消失。

而在大概2.8亿年前的石炭纪,由于植被过于茂盛,分解植物尸体的真菌尚未就位,导致植物固碳后就很难形成碳排放,回归大气层。虽然那时动物已经登场,但碳排放远远跟不上植物固碳的速度,于是氧气供过于求,导致空气中氧含量飙升,甚至超过35%。助燃剂、燃料充盈整个地表,于是一场超级大火不可避免地发生了,这场蔓延全球的大火,一烧就是三十年。碳排放的问题解决了,但燃烧及燃烧后的灰烬产生的有毒气体依然源源不断地注入大气,持续了上万年之久。这场大灾难灭绝了差不多一半物种。曾经统治海洋的三叶虫自此一蹶不振。

所以说,千万不要以为碳排放越少越好,也不要以为地球上没有人类活动的话,环境就一定会变好。空气中的碳排放如果跟不上生物圈、水圈的固碳速度,那同样是灾难。

前面说了,生物圈固碳的大咖是植物。低调的植物碳含量,达到生物圈碳总量的大约82.5%;更低调的细菌、真菌、古生菌、原生生物、病毒加起来占了其余的绝大部分,约17.1%;满世界胡闹的动物只占大概0.4%。

而在这可怜的0.4%中,闹得最欢、自以为是地球统治者的人类,只分得2.5%。

作为消费者,动物虽然固碳能力不行,但碳排放能力绝对碾压其他物种。比如说人类养的牛,每年吃喝拉撒的碳排放43亿吨,海洋鱼类每年碳排放16.5亿吨。你可能对这几十亿吨不以为然——相比于植物恐怖的固碳能力,这简直就是毛毛雨嘛!别急,动物界当然不止有海鱼和家牛那么简单,一个相当合理的推测是,野牛大象麻雀蓝鲸蛤蟆蚯蚓蟑螂和猪们也属于动物。更重要的是,我们愚蠢的人类也属于动物。一个人每天吃喝拉撒带喘气的温室气体排放——当然主要是二氧化碳排放——大概5公斤左右,也就是说,不算取暖、家电、开车等大宗消耗,全球目前80亿人口,每年温室气体146亿吨。看到这儿,细心的小伙伴可能会发出灵魂追问:

论生物体含碳总量,人类相比于鱼类、家畜来讲,都少的可怜,为啥吃喝拉撒的碳排放却一骑绝尘?不是忘了小数点吧?那是因为,人类早已经脱离了抓住原生食物张嘴就啃的状态,我们的食物除了捕采养殖,还需要各种加工、包装和运输,而且养动物的话,首先还要养殖和加工它们的食物,整个过程的碳排放量惊人,所以有了这个违背直觉的数据:全球温室气体排放的大概26%来自食品行业,而我们印象中的耗能大户,钢铁业的碳排放只占7.2%。



据国际能源署发布的数据,2021年全球能源燃烧和工业过程产生的碳排放为363亿吨。

目前我国温室气体排放人均达10吨,其中二氧化碳排放超过7吨。



我们可以看看“全球各领域温室气体排放结构图”,体会一下人类活动的碳排放能力:



上图转化成简表:



生物圈的碳循环很精彩,但水圈的碳循环也不遑多让。水体固碳有各种姿势,比如溶解度固碳、岩石固碳、重力固碳、水体生物固碳等。





离线刘萝卜锅
发帖
293
财富
629
威望
0
交易币
0
只看该作者 2楼 发表于: 01-10 | 石油求职招聘就上: 阿果石油英才网



溶解度固碳很好理解,就是水体中溶解了大量二氧化碳。在深海,高密度海水溶解的二氧化碳可以比较稳定地存在于水体。

生物固碳前面说过,不过,与陆地生物固碳不同的是,海洋生物的固碳成果,很大部分会沉积在海底,被长期储存,不像陆地生物所固的碳那样容易回到大气层。

岩石固碳,大致过程就是水溶解二氧化碳,形成碳酸氢根离子,遇到含钙的矿物质,发生反应,形成碳酸钙等,沉积成岩石。如果对水下沉积的碳酸盐岩石不熟,可以看看美丽的钟乳石感受一下。

水体固碳的主力自然是海洋。海洋的储碳量是陆地的近20倍、大气的近50倍。

占据大部分地表的海洋,通过海面溶解二氧化碳,向深海源源不断地输送碳酸盐沉积物,这个水动力过程被称为“物理泵”。如果把固碳机制都叫做碳泵,那么你知道,海洋碳汇包括:生物碳泵、溶解度碳泵、碳酸盐碳泵、微生物碳泵等。

无论地球的自然碳循环系统多么精微美妙,无论这片天地对卑微生命而言多么广袤博大,人类工业化以来突飞猛进的碳排放能力还是扰乱了碳循环的平衡。

根据《2022年全球碳预算报告》,2022年全球碳排放可达405亿吨。这个体量,让我们眼中各种天灾造成的碳排放自惭形秽,比如野火引起的碳排放每年大概80亿吨。




由于碳排放主要是二氧化碳,而二氧化碳中碳氧质量比是3:8,那么2022年排放的碳量,大概是405÷11×3≈110吨。根据前面的数据,地球自然碳循环每年可更新空气中的碳量是380亿吨,其中生物固碳大户——植物大概每年固碳250亿吨。也就是说,人类一族,碳排放消耗了植物固碳能力的40%,自然固碳能力的30%。

碳排放的第一把交椅,火山退,人类进,并有过之而无不及。这让大气中的二氧化碳含量持续上升。最直接的影响就是温室效应增强,引起全球变暖,融化冰川冰盖,导致海平面上升,海水酸化,威胁海洋生物,破坏生态系统平衡,最终威胁人类自己……

各种研究表明,人类对地球碳排放量的提升和气温变暖有着不可抵赖的责任。

所以,减碳、碳达峰、碳中和,发展绿色产业、形成低碳生产生活方式……这些,并不是无关紧要的空洞口号,而是自我救赎的努力方向。也就是说,有意识地主动干预碳循环,一手抓减排,一手抓固碳,是人类生存发展的必答题。

固碳的办法很多,或美妙,或有趣,我们简单的举几例:

美妙的,比如生态系统碳汇,主要是通过各种手段让植被覆盖率更高、植物生长更茂盛,来实现固碳。这条途径虽然不能立竿见影,但在环境破坏比较严重的地方,却非常有效,固碳潜力巨大;但是对于环境本来就很好、植被丰茂的地方,提升空间就没那么大。这就要想想其他办法了——

有趣的,比如把液态二氧化碳注入深海,会发生什么呢?二氧化碳并不会冒泡浮出海面,而是在海水重力产生的强大压力下,保持液态——这时它的比重比水大,所以会自然沉入海底,而且在深海的低温高压下,二氧化碳液体团块表面的分子会被水分子妥帖包裹,形成类似[color=var(--weui-LINK)]可燃冰那种固态水化物外壳,从而保持可长达2000年的稳定封存。这种办法的成本困难不是注入,而是二氧化碳的收集和液化。如果将来可以实现低成本的绿色能源自动收集和压缩液化,这就是一个很有前途的固碳途径。






离线刘萝卜锅
发帖
293
财富
629
威望
0
交易币
0
只看该作者 3楼 发表于: 01-10 | 石油求职招聘就上: 阿果石油英才网



更有趣的,是简单粗暴地把二氧化碳打入地层封印起来,这叫地质封存。硬来的话,成本当然比注入深海还高,因为除了要捕集和压缩二氧化碳,还要钻800米起步的深井、下管子之类。即使我们肯砸钱,也不能随便找块地钻口井就适合搞碳封存,因为要考虑封印效果。目前地下碳封存的主流路径有两种:

一种是驱油固碳。这是暴力固碳的最佳途径,成本低、效果好。之所以说“成本低”,是因为对于动力不足的油藏,本来就要靠注入水、聚合物、蒸汽之类的东西来驱动,提升开采率——我们顺水推舟,在适合的油藏,尽量采用二氧化碳驱油,就实现了固碳、节水、增产一箭三雕的效果。

二氧化碳驱油可不止是废物利用那么简单,它除了可以传递压力驱动油气,还有很多独特优势:

溶于原油的部分,可以降低原油粘度、膨胀原油体积,增强其流动性,提高原油本身的动能。

与轻烃混合时,形成“混相效应”, 降低油水界面张力,提升驱动效率。

溶于水时,使水呈弱酸性,与油层中的碳酸盐矿物发生反应,提升其渗透率、疏通油路,还能顺手抑制粘土膨胀和微粒运移堵塞油路孔隙。

但是,油藏是一种极复杂的存在,二氧化碳趋油当然只适合一部分油藏,这远远满足不了人类日益提高的固碳需求。

一种是咸水层碳封存。所谓咸水层,就是夹在上下两片隔水岩层中间,受夹板气的地下水层。这种水层当然很苦——矿化程度高,还被夹得很稳,反正也不能拿来喝,是老天赏的二氧化碳封印之所。在这里,二氧化碳主要有四大归宿,一是溶于水,二是液态团块,三是固态水合物,四是与矿物化合,成为岩石的一部分。

无论如何,人工暴力固碳的手段,原理虽然都不复杂,但想要达到低成本、高利用、好效果,无一例外面临着捕集、输送、利用、封存等一系列技术难题。

一想到“任重道远”四个字,你头发是不是又掉了几根?快捡回来,因为这套技术已经存在了,而且有人贴心的做成了解决方案——

能源转型CCS/CCUS软件解决方案

Carbon Capture, Utilization and Storage:二氧化碳捕集、利用与封存技术。这是法国石油研究院旗下Beicip-Franlab公司的专业杰作。为此,它专门成立了新能源研究机构IFPEN。顺便说一句,IFPEN在CCUS领域排名第一哟。这套打磨了20年的CCUS技术,囊括了从二氧化碳捕集、储运,到化工利用、生物利用、地质利用、地质封存的全流程。
再顺便说一句,这么好的技术,想了解一点也不难——

碳封存|法国石油研究院-能源转型CCS/CCUS软件解决方案


-END-



本文原载微信公号“ESSCAGROUP”
离线ljg1984
发帖
1341
财富
2617
威望
30
交易币
0
只看该作者 4楼 发表于: 01-10 | 石油求职招聘就上: 阿果石油英才网
这文章转得不错!赞一个!
没有斗牛士,牛是寂寞的;没有牛,斗牛士是寂寞的,他们相互斗争,直到枪尖插到牛的心脏,这时候他们才相互理解,但一切却晚了……
离线wonla
发帖
654
财富
25
威望
20
交易币
0
只看该作者 5楼 发表于: 01-13 | 石油求职招聘就上: 阿果石油英才网
回 刘萝卜锅 的帖子
刘萝卜锅:更有趣的,是简单粗暴地把二氧化碳打入地层封印起来,这叫地质封存。硬来的话,成本当然比注入深海还高,因为除了要捕集和压缩二氧化碳,还要钻800米起步的深井、下管子之类。即使我们肯砸钱,也不能随便找块地钻口井就适合搞碳封存,因为要考虑封印效果。目前地下碳封存的主流 .. (2024-01-10 16:49) 

那人工固碳到底是不是吃饱了撑的?
为祖国加油为民族争气
离线刘萝卜锅
发帖
293
财富
629
威望
0
交易币
0
只看该作者 6楼 发表于: 02-13 | 石油求职招聘就上: 阿果石油英才网
回 ljg1984 的帖子
ljg1984:这文章转得不错!赞一个! (2024-01-10 18:05) 

谢赞~
离线刘萝卜锅
发帖
293
财富
629
威望
0
交易币
0
只看该作者 7楼 发表于: 02-13 | 石油求职招聘就上: 阿果石油英才网
回 wonla 的帖子
wonla:那人工固碳到底是不是吃饱了撑的? (2024-01-13 16:18) 

当然不是啦~
离线allex02
发帖
2317
财富
20055
威望
345
交易币
0
只看该作者 8楼 发表于: 02-15 | 石油求职招聘就上: 阿果石油英才网
有政策红利,也有获得投资的红利
发帖
427
财富
1118
威望
0
交易币
0
只看该作者 9楼 发表于: 02-15 | 石油求职招聘就上: 阿果石油英才网
谢谢!
离线步行者
发帖
527
财富
376
威望
5
交易币
10
只看该作者 10楼 发表于: 05-16 | 石油求职招聘就上: 阿果石油英才网
不错,赞一个!

网站事务咨询:QQ:1392013 | 26189883
阿果石油网为免费个人网站,为石油人提供免费的在线即时技术交流场所,拒绝任何人以任何形式在本论坛发表与中华人民共和国法律相抵触的言论和行为!
如有言论或会员共享的资料涉及到您的权益,请立即通知网站管理员,本站将在第一时间给予配合处理,谢谢!