基于海水无机碳调节的海洋化学碳增汇技术
文献类型：学位论文
| 作者 | 李硕晨
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| 答辩日期 | 2024-05-15 |
| 文献子类 | 硕士 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 中国科学院海洋研 究所 |
| 导师 | 李学刚 |
| 关键词 | 海水无机碳 碳酸钙沉淀 海水碳移除 海洋碳增汇 |
| 学位名称 | 工程硕士 |
| 英文摘要 | 海水中的溶解无机碳库是大气碳库的 50 倍，如果能适当调节海水无机碳的组成将极大地增加海洋对大气 CO2 的吸收，因此，调节海水无机碳组成以增加海洋化学碳汇是当前各国争相开发的技术。目前海洋化学碳增汇技术的工程化应用尚未达到成熟阶段，其碳汇效益尚需进一步研究。因此，如何安全、高效地提升海洋的碳储存能力成为当前亟待解决的难题。本研究通过实验室模拟和外海应用两种方法筛选固碳物质以进行海水无机碳的析出与转化试验，观察分析海水碳酸盐体系的变化，比较各固碳物质在不同物理形态与化学条件下的固碳水平和固碳行为，以期为海洋碳增汇技术的发展提供一定理论支持和实践指导。主要结论如下：
（1）海水中引入 Ca 2+可显著促进海水无机碳向固体碳储库转移，增加海洋碳汇。向海水中添加 Ca2+能够降低 Mg/Ca 值，增加碳酸钙的过饱和度，可以有效提高海水中碳酸钙的析出速率，促进海水体系中无机碳的迁移转化，进而增加海洋化学碳汇。含钙化合物的无机碳移除效果与海水初始 pH 值呈正相关，但单纯提升海水 pH 值并不足以诱导碳酸钙的结晶，需要额外引入 Ca2+来提升碳酸钙饱和度以实现显著的无机碳移除效果。此外，添加特定晶核诱导非均相沉淀，能够进一步促进海水中碳酸钙的结晶，并提高海水的无机碳移除效果。
（2）矿渣与天然矿物也具有促进海水无机碳向固体碳储库转移的特性，可在一定程度上增加海洋碳汇。添加钢渣和镁渣能够显著地改变海水的固碳过程，促进海水对大气 CO2 的吸收，将 CO2 转化为碳酸盐沉淀或碳酸氢根。添加 0.2 g/L 的镁渣能够快速促进碳酸盐沉淀，而添加同等剂量的钢渣有助于增加海水的pH 值和总碱度，表明工业废渣的强碱性和高钙镁含量对海水有显著的固碳效果。
（3）室内实验和外海应用证实在海水中增加钙离子并提升海洋碱度可显著促进海水无机碳向固体碳储库的储存，增加海洋碳汇。在海水中加入碱性化学合成物 CaY 具有显著的海水化学碳增汇效果，若一次性向南黄海每升海水中加入 0.1 g CaY，则南黄海海域增加的海洋碳汇可达 0.29 Pg C，相当于中国 CO2 年排放量的9.3%，应用 CaY 加速海水中碳酸钙的生成以促进碳的长期储存是
一个可行的化学碳增汇方法。 |
| 语种 | 中文 |
| 目次 | 第1章 绪论 1 1.1 全球气候变化与海洋碳汇 1 1.2 利用海洋无机碳增汇的国内外研究进展 3 1.2.1 海洋封存 3 1.2.2 增加海水碱度 4 1.2.3 海水碳酸化 8 1.3 海水碳酸钙结晶机理 10 1.4 研究内容及技术路线 11 1.4.1 研究内容 11 1.4.2 技术路线 12 第2章 材料与方法 13 2.1 实验材料与仪器 13 2.1.1 实验试剂 13 2.1.2 仪器与设备 13 2.2 实验设计方案 14 2.2.1 外海调查 14 2.2.2 实验室模拟 14 2.2.3 智能生态系统模拟平台 14 2.2.4 外海应用 15 2.3 样品测定与分析 15 2.3.1 液相分析方法 15 2.3.2 固相分析方法 16 第3章 含钙化合物固碳效果评估 17 3.1 引言 17 3.2 镁离子对海水中碳酸钙析出的抑制作用 17 3.3 海水体系添加Ca2+碳移除效果 19 3.4 开放体系下pH值对Ca2+添加碳移除效率的影响 21 3.5 开放体系下不同因素叠加对Ca2+添加碳移除效果的实验研究 24 3.6 海水体系添加CaY碳移除效果 26 3.7 结果与讨论 29 3.7.1 添加Ca2+碳移除效率影响因素分析 29 3.7.2 添加Ca2+碳移除机理解析 30 3.7.3 添加CaY碳移除机理分析 31 3.8 本章小结 31 第4章 碱性工业废渣和天然碱性矿物固碳效果研究 33 4.1 引言 33 4.2 不同碱性工业废渣的固碳效果研究 33 4.2.1 短期监测 34 4.2.2 长期监测 34 4.3 不同天然碱性矿物的固碳效果研究 37 4.4 影响固碳效果的因素及解决方案 40 4.5 技术可行性 40 4.6 本章小结 41 第5章 海洋碳增汇技术外海应用示范与潜力评估 42 5.1 海洋化学碳增汇技术外海应用示范 42 5.2 基于外海试验结果的南黄海海洋化学碳增汇潜力评估 44 5.2.1 南黄海海洋化学碳增汇潜力评估 44 5.2.2 影响南黄海碳增汇潜力的因素 45 5.2.3 技术可行性及生态环境影响 48 5.3 本章小结 49 第6章 结论与展望 50 6.1 主要结论 50 6.2 论文创新点 51 6.3 问题与展望 51 参考文献 52 附录一 人工海水配方 59 附录二 南黄海调查数据 60 致 谢 61 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与其他相关学术成果 63 |
| 源URL | [http://ir.qdio.ac.cn/handle/337002/185298]  |
| 专题 | 海洋研究所_海洋生态与环境科学重点实验室 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 李硕晨. 基于海水无机碳调节的海洋化学碳增汇技术[D]. 中国科学院海洋研 究所. 中国科学院大学. 2024. |
入库方式： OAI收割
来源：海洋研究所
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