对抗温室效应二氧化碳变石头-国立交通大学机构典藏.pdfVIP

第274期  對對抗抗溫溫室室效效應應　　二二氧氧化化碳碳變變石石頭頭 游允彤 文 生活在台灣 ，多少會覺得 天越來越炙熱難受 。台灣 天的最高溫及平均溫度正 在逐年攀升 ，而科學家們將這樣的現象歸因於 「溫室效應」。根據環球生態基金 會 （Universal Ecological Fund ）發表 《有關氣候變化的真相》報告顯示 ，依照現 在的二氧化碳排放量 ，地球的平均溫度將在2050年前上升攝氏兩度 。聽起來或許 沒有很多 ，但是在過去的一萬年中，地球的平均溫度其實也只上升兩度而已 。 溫溫室室效效應應最最大大元元凶凶　　二二氧氧化化碳碳 溫室效應系指陽光穿過大氣層後進入地球表面 ，而地球表面將熱能反射時 ，卻被 溫室氣體 ，如二氧化碳 、甲烷等吸收 ，將熱能再次傳回地球 ，使地球表面溫度上 升 。 根據京都議定書 （Kyoto Protocol ） 之規範 ，溫室氣體共有六種 ，其中二氧化碳 所占比例最大 ，主要來源為火力發電所燃燒的石化燃料 （媒 、重油）及汽油 、柴 油的燃燒 。隨著經濟與人口成長 ，減少碳排放量儼然成為人類永續發展的共識 ， 然而除了減量 ，科學家們也提出一個新方式 ，就是將二氧化碳變成石頭 。 碳捕捉與封存 ，簡稱CCS （Carbon dioxide Capture and Storage ），指的是將二 氧化碳收集與埋藏 ，避免其進入大氣中造成溫室效應 。目前的CCS技術分為四 種 ，包括構造封存 、殘餘氣封存 、溶解封存及礦化封存 。哥倫比亞大學 、南安普 敦大學和冰島大學組成的研究團隊即利用 「礦化封存」的技術 ，在冰島的地熱發 電廠展開實驗 ，將發電廠的排放的二氧化碳注入地底下 ，與地層中的金屬離子反 應 ，完成二氧化碳 「礦物化」的過程 。研究團隊提到以往相關的實驗成果多指向 二氧化碳需幾百至幾千年才能完成礦物化 ，然而此次的實驗證明只需不到兩年 ， 實驗中 5%的二氧化碳都成功變成石頭 。而這項研究成果成也登上權威科學期 刊 《Science》，是CCS技術的一大突破 。 國立交通大學機構典藏系統版權所有 Produced by IR@NCTU 研究者拿著成功礦化的碳酸鹽類 。（圖片來源／The Earth Institude,Columbia University ） 實實驗驗架架構構與與追追蹤蹤方方式式　　 實驗的基本架構 ，是將二氧化碳溶於水中並注入地底下 ，二氧化碳會與地層中的 鈣 、鎂離子反應 ，分別結合為碳酸鈣與碳酸鎂 。首先 ，科學家們從地表向下開鑿 一個2000公尺深的注射井 ，以及其餘八個300至1500公尺不等的觀測井 ，而後將 二氧化碳水溶液注入注射井中，溶於水的二氧化碳會藉由岩石的孔隙流入岩層並 與離子反應 ，剩下的二氧化碳水溶液會流至觀測井中，每一個觀測井底下皆裝備 抽水馬達 ，以利研究者取得水溶液樣本 。 二氧化碳水溶液由地表的HN-01井流向HN-02的注射井 ，接著流入岩層與 離子反應 ，反應後的水溶液會再流至其餘觀測井中。（圖片來源／游允彤 重製）資料來源 ：《Science》 那麼 ，要怎麼知道二氧化碳是否成功與地層中的離子反應? 實驗利用碳12的同位素碳14 （¹⁴C ），合成標定碳14的二氧化碳 （¹⁴CO ），將其 2 一併溶於二氧化碳水溶液中。碳12和碳14在化學性質 （與離子的反應速率）與物 國立交通大學機構典藏系統版權所有 Produced by IR@NCTU 一併溶於二氧化碳水溶液中。碳12和碳14在化學性質 （與離子的反應速率）與物 理性質 （沸點 、溶解度）上皆相同 ，讓實驗結果不會因為添加碳14而受影響 ，唯 一的差別在於碳14具有放射性 ，因此較容易被觀測 ，且在自然環境中存量相當 少 。也就是說 ，只要採集到含有碳14的碳酸鈣或碳酸鎂 ，就代表是來自實驗的二 氧化碳與離子反應出的產物 ，因此碳14可以被拿來當作實驗的追蹤劑 。 成成功功關關鍵鍵　　注注射射方方式式與與岩岩層層種種類類 根據觀測井中採集到的樣本 ，發現碳14的濃度比最初合成的二氧化碳水溶液低 ， 合理的解釋就是二氧化碳地層中的離子發生反應