dương sâu sẽ cô lập hầu hết CO2 từ khí quyển trong nhiều thế kỉ, nhưng trải qua những khoảng thời gian dài hơn đại dương và khí quyển sẽ cân bằng. So với việc giải phóng vào khí quyển, sự bơm trực tiếp CO2 vào trong đại dương có thể làm giảm tối thiểu sự tăng lên về lượng và tốc độcủa CO2trong khí quyển qua nhiều thế kỉtiếp theo. Sự bơm trực tiếp CO2vào đại dương sẽkhông làm giảm hàm lượng của CO2trong khí quyển trên quy mô hàng thiên niên kỷ[74].
2.3.2.2. Hướng tiếp cận để đưa CO2 (đã được thu giữ và được nén) vào trongđại dương đại dương
Hướng tiếp cận cơ bản
Khái niệm cơ bản của việc lưu trữCO2trong đại dươnglàđưa một dòng CO2 mà đã được thu giữ và được nén, và vận chuyển nó tới đại dương sâu để thả trên đáy biển. Khi đã được thả, CO2sẽ được hòa tan vào trong nước biển ởxung quanh, phân tán và trởthành một phần của chu trình cacbon của đại dương. Hình 2.15 [32] đưa ra hướng tiếp cận cơ bản cho quá trình lưu trữ CO2 trong đại dương. CO2 sau khi được thu giữsẽ được thả vào đại dương với những phương thức khác nhau.
Hình 2.15. Sự lưu trữCO2trong đại dương
Hiệu quả của sự lưu trữ đại dương sẽ phụ thuộc vào lượng CO2 được cô lập với khí quyển trong thời gian bao lâu. Qua nhiều thếkỷvà thiên niên kỷ, CO2 được
cô lập trong đại dương sâu sẽ được trộn lẫn liên tục nhờ các đại dương và ảnh hưởng của hàm lượng CO2 trong khí quyển. Mục tiêu là vận chuyển CO2 tới các mực nước sâu bởi độ cô lập với khí quyển thông thường tăng lên với độ sâu đại dương. Các phương pháp được đề xuất sẽ bơm CO2 dưới tầng dị biệt nhiệt (thermocline -Ởtầng nhiệt này, nhiệt độhồhay hồchứa giảm xuống nhanh chóng) đểhiệu quả lưu trữ cao hơn.
Phụ thuộc vào các chi tiết của quá trình thả và địa hình đáy biển, dòng CO2 có thể được thiết kể để hòa tan trong đại dương hoặc bể để hình thành nên một hồ CO2 trên đáy biển. CO2 được hòa tan trong nước biển ở các hàm lượng cao có thể hình thành nên một chùm đậm đặc hoặc dòng chìm sâu xuống dọc theo một đáy biển nghiêng. Nếu việc thảCO2được diễn raởmột độ sâu đủlớn, CO2dạng lỏng sẽ chìm xuống và có thể tích tụ lại trên đáy biển như một bể bao gồm một hỗn hợp chất lỏng và hydrat. Trong thời gian ngắn, các ống được cố định hoặc được lai dắt có vẻ như là các phương thức khảthi nhất đối với việc thảCO2vào đại dương.
Tính chất cơ bản của CO2được thảvàođại dương ởcác dạng khác nhau
Tính chất của vùng lân cận mà CO2được thả vào trong đại dương phụ thuộc vào các tính chất vật lý của CO2và phương pháp đểthảCO2. CO2được hòa tan làm tăng tỷ trọng của nước biển [75]và điều này ảnh hưởng tới vận chuyển và sự trộn lẫn. Vùng lân cận có thể được định nghĩa như là một vùng mà CO2 có những ảnh hưởng quan trọng –gây ra những sựbiến đổi về tỷtrọng, tác lên thủy động lực học của đại dương. Kích thước của vùng này phụ thuộc vào quy mô và thiết kế của sự thảCO2.
CO2 có thể được thả vào trong đại dương ở dạng khí, dạng lỏng, dạng rắn hoặc dạng hydrat rắn. Tất cả các dạng này của CO2 đều có thể được hòa tan trong nước biển. Tốc độhòa tan của CO2trong nước biển khá biến động và phụthuộc vào dạng (khí, lỏng, rắn hoặc hydrat rắn), độsâu, nhiệt độvà vận tốc của dòng nước.
Dạng khí: CO2có khả năng được thả ởdạng khíở độ sâu khoảng chừng 500 m. Bên dưới độsâu này, áp suất là quá lớn đểCO2tồn tạiởdạng khí. Các bọt khí sẽ có tỷ trọng thấp hơn so với nước biển xung quanh vì vậy có xu hướng nổi lên bề mặt,được hòa tan ởmột vận tốc hướng tâm khoảng 0,1 cm hr–1(0,26 tới 1.1 µmol cm–2s–1) [76].Trong nước lạnh hơn khoảng 9oC, một màng mỏng hydrat của CO2có thể được hình thành trên thành bọt. CO2khuếch tán có thể sinh ra bọt CO2 đủ nhỏ đểhòa tan hoàn toàn trước khi tương tác với bềmặt.
Dạng lỏng: ở độsâu lớn hơn 500 m, CO2 có thể tồn tại trong đại dương như một chất lỏng. Ở độsâu nhỏ hơn 2500 m, CO2 có tỷ trọng thấp hơn nước biển, vì vậy CO2lỏng được thả nông hơn 2500 m sẽ có xu hướng nổi lên bềmặt. Bởi vì hầu hết nước đại dương ởtrong phạm vị độsâu này lạnh hơn 9oC, nên CO2hydrat sẽcó xu hướng hình thành trên thành của giọt nhỏ.
CO2 có khả năng chịu nén hơn nước biển; dưới khoảng 3000m, CO2 lỏng đậm đặc hơn nước biển xung quanh. Các ống phun CO2có thể được thiết kế đểsản sinh các giọt lớn hơn đểthả vào đáy biển hoặc các giọt nhỏ hơn mà sẽ được hòa tan trong nước biển trước khi tiếp xúc đáy biển.
Dạng rắn:ởtrạng thái này, CO2rắn đậm đặc (hơn nước biển)và do đó sẽcó xu hướng chìm. Các bề mặt CO2 dạng rắn sẽ hòa tan trong nước biển ở vận tốc khoảng 0,2 cm h–1[77]. Do đó, những lượng nhỏcủa CO2dạng rắn sẽ được hòa tan hoàn toàn trước khi tới đáy biển; những lượng lớn có khả năng tới được đáy biển trước khi được hòa tan hoàn toàn.
Dạng hydrat: CO2hydrat là một dạng của CO2,ởdạng này một lớp các phân tử nước bao quanh mỗi phân tử CO2. Nó có thể được hình thành dễ dàng trong các mức nước của đại dương có độ sâu khoảng 400 m. Một tinh thể CO2 hydrat được hình thành hoàn thiện sẽ đậm đặc hơn nước và nó sẽchìm xuống. Bềmặt của khối này sẽ được hòa tanở một tốc độ tương tự với CO2rắn, khoảng 0,2 cm/h (0,47 tới 0.60 µm.s-1) [78],và do đó các giọt có thể được sinh ra hoặcđược hòa tan hoàn toàn trong nước biển hoặc là chìm xuống dưới đáy biển. CO2hydrat nguyên chất là một dạng tinh thểrắn chắc và không thể vận chuyển qua đườngống, tuy nhiên một loại composite dạng bột nhão của hydrat và nước biển có thể được đẩy đi [79], và chất này có tốc độ hòa tan nằm giữa tốc độ hòa tan của các giọt CO2 và hydrat CO2 nguyên chất.
Tính chất của các hồchứa CO2trên đáy biển
Sự lưu trữ thời gian dài của cacbon dioxit có thể hiệu quả hơn nếu CO2được lưu trữ trên đáy biển trong dạng lỏng hoặc dạng hydrat ở dưới 3000m, ở đó CO2 đậm đặc hơn nước biển[80]. Cacbon dioxit dạng lỏng có thể được đưavàoở độ sâu từ một hồ chứa trên đáy biển [81]. Ngoài ra, hydat của CO2 có thể được tạo thành trong một thiết bị được thiết kế để sản xuất một bể (vũng) CO2trên đáy biển[82].
Sự lắng đọng của CO2 dạng lỏng hoặc dạng hydrat trên đáy biển có thể làm tăngsự cô lập, tuy nhiên yếu tố cản trở chính là khả năng hòa tan của CO2vào nước
biển[83]. Trong hướng này, hầu hết những kiến nghị về sự lắng đọng dưới đáy biển có thể được xem xét như một cách thức của sự thả có thời gian trễ (‘time-delayed