利用封存二氧化碳自然矿化机理形成海洋工程基岩的方法技术

本发明专利技术公开的是一种利用封存二氧化碳自然矿化机理形成海洋工程基岩的方法，即在规划的海洋工程区域海床上，填筑易吸附CO2的高钙页岩质砾石、珊瑚砂或碱土金属氧化物，海洋墓区则把棺椁沉放到海床进行堆叠，达到适当体量后填充间隙，形成初期基础。然后灌注捕获的待封存CO2，使填海造陆、岛礁建设、海峡大坝、海底工事、海上平台等海洋工程基础成为CO2封存地。海洋工程基础吸附CO2后，经自然矿化，形成坚硬的基岩。本发明专利技术利用低廉、易取得的天然材料，并降低温室效应从大气中捕获的CO2，既为捕获的CO2提供了封存场地，又使海洋工程底层沉积层、主体疏密结构自然矿化为岩石，增强工程稳定性、耐久性，降低建设成本，提高经济效益。提高经济效益。提高经济效益。

【技术实现步骤摘要】
利用封存二氧化碳自然矿化机理形成海洋工程基岩的方法


[0001]本专利技术涉及的是海洋工程、跨海通道与岛礁建设
，更具体地说是一种利用封存二氧化碳自然矿化机理形成海洋工程基岩的方法。

技术介绍

[0002]人工填海、岛礁建设是海洋工程的重要领域，是一种永久性基础设施，需要坚实牢固的基础。另外，全世界有众多岛屿被海峡阻隔，需要通过建设跨海通道把大陆与岛屿连接起来。为节省成本，人工填海、岛礁基础和海峡大坝底层不宜采用混凝土结构，而用低廉、易得的材料，通过吹填法或自然沉积法填海造陆或形成岛礁。如何让填海工程、岛礁基础或海峡大坝底部沉积层牢固、稳定、耐久，是一项需要探索的工作。
[0003]根据自然矿化和岩化机理，某些非密实材质在一定条件下，经过一定时期的化学作用后，能够形成坚硬的岩石。这为填海造陆、岛礁工程、海峡大坝等松散、疏密沉积物转变成坚硬、稳定的岩石提供了可能。
[0004]另一方面，碳排放造成的全球气候变暖是人类面临的一项严峻挑战，为了恢复空气中二氧化碳的平衡，每年需要从空气中永久去除数亿吨二氧化碳。空气直接碳移除技术是人类应对气候危机的关键技术，直接空气碳捕获(DAC)技术让实现零碳成为可能。然而，DAC技术捕获的二氧化碳如何处置，目前尚在探讨中。一种被认为可行的方法是，捕获的二氧化碳通过管道泵输送到深层地质层或深海中予以封存。
[0005]根据联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)“二氧化碳捕获和封存”特别报告的定义，二氧化碳(CO2)捕获和封存(CCS)是指CO2从工业或相关能源的源分离出来，输送到一个封存地点，并且长期与大气隔绝的一个过程。
[0006]有关研究认为，全球约20～40％的化石燃料的CO2排放在技术上能够适当捕获，包括30～60％来自发电的CO2排放和30～40％来自其他工业的排放。源于大规模生物质转化设备的排放也能在技术上适当捕获。然而，CO2大点源附近潜在的封存地点并非普遍存在。未来，需要人类发挥智慧和创造力寻找CO2封存地点，探索经济性较高、效益良好的处置方式，这需要付出一定代价。正如当今人类和地方政府为寻找并建设垃圾填埋场、垃圾处理场所付出的努力一样。
[0007]总之，现有的地质封存和海洋封存技术，需要较高设备、动力和人力投入，而不产生效益，经济性欠佳，且对环境、生态系统有不良影响。
[0008]实际上，二氧化碳(CO2)与含有钙(Ca)的物质发生化学反应后，可以生成碳酸钙(CaCO3)，即岩石。部分含钙物质在吸收二氧化碳后，可自然矿化为岩石。如果能利用这种封存二氧化碳自然矿化机理把人工填海、岛礁基础或海峡大坝底层沉积物和填充物转变为岩石，则可使封存二氧化碳成为具有重要价值的资源，也为岛礁和海峡大坝底层沉积层、填充物自然矿化为坚硬、稳定的岩石提供一种方法。

技术实现思路

[0009]本专利技术公开的是一种利用封存二氧化碳自然矿化机理形成海洋工程基岩的方法，使填海造陆、岛礁建设、海峡大坝等海洋工程底层沉积层、疏密结构自然矿化为岩石，增强海洋工程稳定性、耐久性，且为建设海洋工程降本增效。
[0010]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
[0011]在规划的海洋工程区域内，首先对原有海床材质进行鉴定。然后，对于易吸附二氧化碳CO2的高钙Ca页岩质砾石(如钙长石、硅灰石、片麻岩)海床区段，或贝砂、珊瑚砂海床，继续用相同或相近质地的页岩质砾石或贝砂、珊瑚砂，填筑基础，直至设计的适当厚度。再对该基础灌注捕获的待封存二氧化碳CO2。这时，该海洋工程基础成为二氧化碳封存地，同时，页岩质砾石或贝砂、珊瑚砂吸附二氧化碳后，发生自然矿化，最终形成坚硬的岩石(礁石)，即构成海洋工程基岩。
[0012]所述的海洋工程包括填海造陆、岛礁建设、海峡大坝、海底工事、海上平台等。
[0013]采用跟海床相同或相近质地的页岩质砾石或贝砂、珊瑚砂，其优点是，在经由封存二氧化碳自然矿化时，有利于海床和海洋工程基础形成整体基岩，使海洋工程更加牢固，不仅耐洋流、海浪冲击，而且能抗高烈度地震。
[0014]页岩质砾石、贝砂、珊瑚砂由船舶运送而来，直接在海洋工程范围内倾卸，自然下沉到海床。
[0015]进一步地，通过大直径柔性管道输送页岩质砾石、贝砂、珊瑚砂，以免页岩质砾石、贝砂、珊瑚砂被海流冲走，造成材料流失，同时也避免污染周围海水，避免影响海洋生态环境。所述的大直径柔性管道出口端由水下机器人牵引定位，使输送的页岩质砾石、贝砂、珊瑚砂准确均匀地到达海洋工程基础范围的海床上。
[0016]所述的大直径柔性管道出口端水下机器人为整体式装配，即该牵引定位机器人固定装配在管道出口端，是该管道出口端的组成部分，优点是整体性良好。
[0017]进一步地，该牵引定位机器人为独立的水下机器人、机械手，优点是通用性良好。
[0018]进一步地，所述的页岩质砾石、贝砂、珊瑚砂由水下挖掘机械在海洋工程基础附近的海床上就近挖取，或用吸取
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吹填法，填筑海洋工程基础，优点是避免长距离运输，降低工程成本。
[0019]进一步地，在规划的海洋工程区域内，不论何种质地的海床，均采用适当的碱土金属氧化物填筑基础，直至相应海洋工程区域所设计的适当厚度。再对该基础灌注捕获的待封存二氧化碳CO2，该基础则成为二氧化碳封存地，碱土金属氧化物吸附二氧化碳后，发生化学反应，经自然矿化，最终形成坚硬的岩石，构成稳定的海洋工程基岩。所述的碱土金属氧化物包括天然矿物，如蛇纹石、硅灰石、镁橄榄石等；也包括工业废料，如磷石膏、钢渣、电石渣、煤灰、石灰石等。其中采用磷石膏矿化封存二氧化碳的反应过程为：
[0020]CaSO4.2H2O+2NH3+CO2→
(NH4)2SO4+CaCO3+H2O
[0021]进一步地，对于某些在海水中二氧化碳吸附能力较弱的天然矿石类碱土金属氧化物，则在入海填筑前，进行热活化处理，提高其矿化固定二氧化碳的性能。或者预先用该碱土金属氧化物进行二氧化碳矿化封存固定，再进行入海填筑。
[0022]进一步地，在填筑的基础内添加与填筑材料相适应的添加剂，加速封存二氧化碳与填筑材料的矿化进程。
[0023]进一步地，根据填海造陆、岛礁区域、海峡大坝功能区段开发建设需求，首先进行固定桩基设施建设，然后按上述方法利用封存二氧化碳自然矿化机理形成填海造陆、岛礁和海峡大坝基岩。所述的固定桩基设施包括海洋社区、旅游基地、文教基地、科研基地、工业园区、养殖基地、港口基地、军事基地、海洋墓区、人工岛塔、垃圾填埋区相关构筑物，如海上平台，或海下平台。优点是，率先建设某些功能设施，可以使相关功能及早发挥作用，产生经济、社会效益；继而利用封存二氧化碳自然矿化机理为填海造陆、岛礁、海峡大坝形成基岩，既可以加强已建成的功能设施的稳定性，又不耽误海洋工程基岩形成进程。
[0024]进一步地，根据填海造陆、岛礁区域、海峡大坝功能区段特征，采用与之相适应的封存二氧化碳矿化技术与工艺，让其自然矿化，形成相应本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.利用封存二氧化碳自然矿化机理形成海洋工程基岩的方法，其特征在于：所述方法包括以下具体步骤：步骤一：在规划的海洋工程范围内，对功能区域的海床材质进行鉴定；步骤二：对于易吸附二氧化碳CO2的海床区段进行填筑工程基础，直至基础达到设计的适当厚度；步骤三：对已填筑的基础通过CO2输送管道灌注捕获的待封存CO2，填筑的基础成为CO2封存地；步骤四：基础吸附CO2后，发生自然矿化，最终形成坚硬的岩石(礁石)，即构成海洋工程基岩。2.根据权利要求1所述的利用封存二氧化碳自然矿化机理形成海洋工程基岩的方法，其特征在于：所述步骤二中的海床区段为高钙Ca页岩质砾石海床区段，或贝砂、珊瑚砂海床区段，通过在该区段的海床填筑相同或相近质地的页岩质砾石或贝砂、珊瑚砂，并形成基础。3.根据权利要求2所述的利用封存二氧化碳自然矿化机理形成海洋工程基岩的方法，其特征在于：所述步骤二中的页岩质砾石或贝砂、珊瑚砂通过船舶运送，并在海床区域内进行倾卸而下沉到该海底区域。4.根据权利要求2所述的利用封存二氧化碳自然矿化机理形成海洋工程基岩的方法，其特征在于：所述步骤二中页岩质砾石或贝砂、珊瑚砂通过大直径柔性管道进行输送，该柔性管道的出口端由水下的牵引定位机器人进行牵引定位；页岩质砾石、珊瑚砂由水下挖掘机械在填筑基础附近的两侧海床上就近挖取，采用吸取
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吹填法填筑基础。5.根据权利要求1所述的利用封存二氧化碳自然矿化机理形成海洋工程基岩的方法，其特征在于：所述步骤二中的海床区段采用碱土金属氧化物进行填筑，并形成基础，所述碱土金属氧化物包括天然矿物和工业废料，天然矿物包括蛇纹石、硅灰石、镁橄榄石，工业废料包括：磷石膏、钢渣、电石渣、煤灰、石灰石，其中采用磷石膏矿化封存CO2的反应过程为：C
a
SO4.2H2O+2NH3+CO2→
(NH4)2SO4+CaCO3+H2O。6.根据权利要求5所述的利用封存二氧化碳自然矿化机理形成海洋工程基岩...

【专利技术属性】
技术研发人员：张耀平，
申请(专利权)人：仰恩大学，
类型：发明
国别省市：