一、关键挑战Challenge.docVIP

核心技術名稱：孔隙介質多相流傳輸及地化反應研究 核心技術代號：GS0402 一、關鍵挑戰Challenge 為減低溫室氣體效應所引發的全球氣候變遷與極端氣候危機，先進國家無不致力於推動節能減碳之政策，在新興替代能源能夠全面取代化石能源(Fossil fuel)前，二氧化碳地質封存技術儼然已成為短期全面減碳的重要選項。台灣地區因燃煤火力電廠二氧化碳的排放問題嚴重，因此慎選場址以進行二氧化碳地質封存的規劃研究，實為刻不容緩的課題。由於排放量甚大，為達有意義的封存量，因此選擇以沉積盆地內深部含鹽水層為地質封存貯留目標，將為最可行的方式。鑑於二氧化碳注入於深部鹽水層內地質封存的短、中、長期安全性仍需要確認，因此目前國際上針對移棲模擬相關的探討研究，正如火如荼的發展中。 有鑒於二氧化碳封存的移棲追縱在「空間」與「時間」尺度上均遠超過一般工程問題，故無法直接透過室內試驗或現地試驗以掌握二氧化碳移棲分布。此外，目標地層之地質構造與地層材料參數的變異性，對地質封存亦添增不確定性之風險。基於上述之課題，評估技術需完全整合室內尺度的參數評估、場址尺度的先導試驗追蹤驗證以及盆地尺度的商轉灌注模擬等不同階段性任務，因此，本文將建立多孔隙介質多相流傳輸評估技術，並結合地球化學反應模擬，以二氧化碳的移棲行為及逸散風險評估之有利工具。 二、流程Process 首先蒐集研究範圍臨近之地層剖面資料、地質構造分布及既有鑽孔資料，並於研究範圍內進行震測、鑽孔及井測等試驗，再透過地層特性比對，建立三維水文地質概念模型，以做為傳輸模擬分析之依據。 茲將現地鑽孔取樣之岩心進行室內岩心試驗，求得不同地層與不同岩性之水文地質特性，做為模擬分析所需之材料參數。其包括： (1)一般物性試驗、(2)岩石水動力學試驗、(3)岩石熱動力學試驗、(4)岩石反應動力學試驗、(5)岩相分析與水質分析等。 待上述之三維水文地質概念模與材料參數均已獲得，即可進行二氣化碳移棲模擬。主要模擬分析工作包括：(1)二氧化碳移棲與封存機制之探討、(2)風險情境模擬分析、(3)參數不確定性評估分析、與(4)先導試驗注入驗證分析等項目。 三、成果Result 重要計畫成果內容與工程應用價值 由於二氧化碳地質封存計畫在「時間」與「空間」上的尺度均遠遠超過一般工程規模，無法輕易地透過室內試驗或現地試驗以掌握二氧化碳移棲行為，而數值模擬應為目前最適當的分析評估工具。影響二氧化碳移棲行為的因素相當繁多，包括地質條件與材料參數，相關研究課題本文已有初步之成果(詳圖1至圖4)，茲將二氧化碳移棲行為說明如下： 二氧化碳地質封存機制包括：(1)構造封存、(2)殘留封存、(3)溶解封存與(4)礦化封存，封存初期主要以前三項封存機制為主，而礦化封存則需耗上千、萬年的時間，但卻為最安全的封存機制。殘留封存量與溶解封存量則決定於殘留氣飽和度及鹽水初始鹽度，因此，地層構造、材料參數與初始封存環境將決定封存量與封存安定性。 針對深部鹽水層二氧化碳封存，一般以滲透率高之砂岩層為封存層，並以滲透率較低之頁岩層為蓋層。由於沉積環境的關係，砂岩層中尚存在著薄頁岩層，此薄頁岩層將延緩二氧化碳向上浮移的速率，增加封殘留封存量與提高封存之安定性。 二氧化碳移棲模擬技術亦可應用於室內二相流試驗驗證模擬。驗證模擬可分別採用「定常法」與「非定常法」的邊界條件模擬試驗過程，並透過參數率定分析，獲取最適當之多相流特性曲線參數，做為二氧化碳移棲模擬之依據。 四、與其他核心技術關連性 「孔隙介質多相流傳輸及地化反應研究」與其他核心技術相關性如下： 1. GS0101－離散破裂面網絡模式分析 2. GS0102－等效孔隙介質模式分析 3. GS0103－水文地質特性調查評估 4. GS0302－岩盤工程熱力-水力-力學耦合分析 5. GS0403－二氧化碳封存移棲模擬分析 6. GS0404－二氧化碳封存風險評估與管理 (1)構造封存 (2)殘留封存 Calcite Calcite (3)溶解封存 (4)礦化封存 圖1 二氧化碳地質封存機制 圖2 砂岩層夾薄頁岩之二氧化碳移棲模擬成果 桂竹林層 桂竹林層 錦水頁岩 卓蘭層 頭嵙山層 N 圖3 盆地尺寸之三維水文地質概念模型 注入端 注入端定壓P=10.02M 5cm 5cm 流出端 固定壓力 圖4 室內二相流試驗驗證模擬成果 五、重要發表文獻 邵國士、焦中輝、洪世勳、李易叡、黃連通、鄭錦桐(2010)「三維地質空間資訊於節能減碳之應用」2010 年亞洲地理資訊系統國際研討會暨台灣地理資訊學會年會、兩岸四地GIS 與應用遙感研討會論文集。 俞旗文、焦中輝 (2010)，「深部鹽水層二氧化碳地質封存量的估算案例」中國礦治工程學會99年年會論文宣讀。 焦中輝、林俊余、俞旗文、盧佳遇(2010)，「台西盆地南段晚中新世至更