地科學院黃海平教授以第一作者身份在《International Journal of Greenhouse Gas Control》期刊發表題為“CO2 containment and storage in organic-rich strata ‒ State of the art and future directions”的研究論文，永利6774app手机版官网為論文第一署名單位。
全球變暖的加劇讓二氧化碳排放成為人類面對的巨大挑戰。為減少排放，碳捕集與封存（CCS）技術應運而生，其中一種方法是将二氧化碳注入地質構造如枯竭油氣藏、深層鹽水層或頁岩層。然而，二氧化碳是否能長期安全地封存在地下，很大程度上取決于蓋層的密封性能。蓋層可以理解為地下的“屏障”，防止注入的二氧化碳向上滲漏到地表。蓋層的密封能力由其孔隙結構決定。理論上，二氧化碳隻有在壓力超過蓋層的承受極限時才會發生洩漏。因此，蓋層需要有足夠強的密封性能，同時操作壓力不能超過其破裂點。二氧化碳在超臨界狀态下（既表現為液體又像氣體）化學活性極高，可與蓋層中的礦物和有機質發生反應，影響其密封性能。例如，二氧化碳的吸附可能引發岩石膨脹，降低其毛細進入壓力。同時，這些化學反應還可能削弱蓋層的強度，增加其脆性，使其更容易破裂，影響長期封存的安全性。
蓋層中的有機質也與二氧化碳相互作用。溶解性有機質（如瀝青）可以被二氧化碳提取，這可能增加儲存空間，但同時減少了二氧化碳的吸附能力。相比之下，幹酪根（難溶有機質）與二氧化碳的反應性研究較少。最新研究表明，二氧化碳不僅可以溶解幹酪根，還可能通過這種相互作用影響頁岩結構，增加滲透性，從而削弱蓋層的密封完整性。然而，目前仍缺乏實驗數據，這種潛在影響仍是研究重點。
頁岩的總有機碳含量（TOC）和成熟度是關鍵因素。高TOC且成熟的頁岩對二氧化碳具有更強的吸附能力和擴散性，而低TOC且不成熟的頁岩則表現出較好的水潤濕特性，更适合作為蓋層。但對二氧化碳的反應結果因實驗條件的差異而有所不同，需進一步研究以明确其長期影響。評估二氧化碳與蓋層有機質（特别是幹酪根）的相互作用，對于确保封存的安全性至關重要。科學家們正在通過分子水平研究探索二氧化碳如何改變蓋層的物理和化學特性，為碳封存技術提供更加可靠的理論支持。研究表明，理解二氧化碳與頁岩中有機質的複雜交互，是推動碳捕集與封存技術發展的關鍵一步。隻有通過深入研究，才能确保這一技術在未來對抗氣候變化中發揮更大作用。
論文鍊接：https://doi.org/10.1016/j.ijggc.2023.104047
Fig. 1. Illustration of hydrocarbon (HC) or CO2adsorption onto (left) and absorption into kerogen (right).
