二氧化碳捕集與封存 (CCS) 是目前唯一成熟且能夠大規模商業化的技術用于控制溫室氣體排放,對降低地球的二氧化碳水平可產生立竿見影的影響。將捕集的二氧化碳進行陸地/海洋長期封存在國外已經實踐超過四十年,這種方法對地表的生態環境影響小,安全性高。然而,封存的二氧化碳以超臨界狀態存在,在特殊的地質-生物-化學環境中,鋼質管與水泥套管可發生腐蝕、開裂,引發封存系統失效,從而導致二氧化碳泄漏,這些二氧化碳會返回到地面上,顯著增加局部地區的溫室效應。
中國科學院寧波材料技術與工程研究所海洋關鍵材料全國重點實驗室程玉峰院士長期致力于二氧化碳管道輸送與封存系統的腐蝕科學研究和防護技術發展,他指導學生聚焦于二氧化碳地質封存系統中材料腐蝕失效問題,系統分析了目前國際CCS技術的發展現狀與趨勢,及其對于傳統的石油天然氣工業實現能源轉型與減碳減排的重大意義。在詳細了解二氧化碳封存環境呈現的特殊地質-生物-化學特性基礎上,深入剖析了鋼質管發生的主要腐蝕形式及其機理,涵蓋均勻腐蝕、小孔腐蝕、電偶腐蝕、微生物腐蝕、應力腐蝕開裂等,同時討論了水泥套管開裂失效的主要原因。 程院士進一步明確指出了當前二氧化碳封存系統材料腐蝕研究存在的熱點以及控制腐蝕失效的實際可行的技術對策,這包括: (1)建立標準化的精確模擬超臨界二氧化碳封存系統腐蝕環境的方法, (2)定量確定系統中存在的雜質氣體對超臨界二氧化碳腐蝕的影響, (3)發展機理型的、綜合考慮多因素耦合效應的腐蝕(尤其是局部腐蝕)生長速率預測模型, (4)開發高性能的超臨界二氧化碳腐蝕控制技術,重點發展綠色長效緩蝕劑,提高其現場服役性能。這些研究將為CCS技術可靠運行與二氧化碳高效減排系統材料服役安全提供堅實的理論基礎與技術支撐。
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