增加对二氧化碳封存的信心
定制的钻机降低在RRS詹姆斯库克的侧面。钻机设计用于将弯曲的钢管推入海底沉积物中。图片：版权所有STEMM-CCS项目
二氧化碳供应罐必须经过特殊设计，以承受北海环境的严峻考验。图片：版权所有STEMM-CCS项目
微型剖面仪通过在一小时内将电极缓慢插入沉积物中来测量微米分辨率下的沉积物化学。当二氧化碳溶解在沉积物中时，该仪器使我们能够观察沉积物中发生的微小变化。图片：版权所有STEMM-CCS项目
Kelvin Boot是一名科学传播者，与普利茅斯海洋实验室合作，目前从事欧盟资助的STEMM-CCS项目的知识转移。
如果我们要将大量二氧化碳（CO2）储存在海底下的枯竭油气藏中，我们需要确保在不太可能发生泄漏的情况下，我们可以检测到它。一项研究探险队正在进行一项世界上第一次试验，旨在开发检测和监测泄漏的方法，该试验刚刚从北海返回;它已被宣布取得巨大成功。
在大气中二氧化碳含量不断增加的推动下，气候变化现已成为人类活动的良好副作用，对地球的自然系统产生了深远的影响。虽然正在努力减少未来与人类有关的二氧化碳生产来源，例如工业和运输，但同时需要防止现有活动的气体进入大气层。二氧化碳捕获和储存（CCS）就是这样一种策略，即二氧化碳在源头被包含，运输并最终远离大气储存。将二氧化碳从它所来自的地方放回来，在贫瘠的天然气或油藏的海底深处，似乎是一个合乎逻辑的解决方案，但也存在挑战。为了对这种方法产生信心，优先考虑的是能够快速处理任何泄漏，如果发生泄漏：检测它，测量其强度和持续时间，预测它可能对环境产生的影响，并在必要时密封它。
之前以二氧化碳对海洋生物影响的实验室和基于中生物的研究表明，它可以改变海水的pH值，并产生局部的“海洋酸化”条件，这似乎对许多类型的海底（海底）生命都是有害的。以前的浅水实验，地质碳储存（QICS）项目的量化和监测潜在生态系统影响，提供了一些关于模拟泄漏的二氧化碳羽流的范围，持续时间和行为的线索，而天然渗漏点的研究有还提供了重要信息。现在，一个更大的实验已经在英国北海严峻的环境中，在真实条件下测试方法，设备和传感器。
收集从沉积物下方出来的气体样本。在这种精细操作中使用ROV表明即使是很小的泄漏也可以在恶劣的条件下进行采样。图片：版权所有STEMM-CCS项目
海洋碳捕集与封存环境监测战略（STEMM-CCS）项目是由欧盟Horizon2020资助的研究项目。它汇集了来自德国，挪威，奥地利和英国的研究人员以及行业合作伙伴壳牌公司，开发技术和技术，以检测海洋环境中发生的二氧化碳泄漏痕迹，观察天然气中的气体行为以及上面的水柱，并预测泄漏可能传播的距离以及它们可能产生的影响 - 但这次是在尽可能接近“真实”的条件下。今年5月，一项研究探险队从位于南安普敦的英国国家海洋学中心启航，乘坐RRS詹姆斯库克。一旦上车，靠近壳牌的Goldeneye平台，离苏格兰海岸约100公里，水深120米，实验开始了。一根管子被机器人插入海底 - 这是第一次在公海深处尝试这样的实验。 1.5厘米直径的弯曲钢管成功地定位在沉积物内，以确保其出口在海床表面下方3米处。这听起来很简单，但为了实现这一目标，加拿大的Cellula Robotics公司开发并制造了一个定制的“钻孔”装置，用于将管道推入沉积物中。然后通过远程操作的车辆（ROV）将管道连接到海床上的CO2供应，允许气体通过管道流入沉积物。同样，这听起来很简单，但是必须在第二个钻机中安装专门设计的气瓶，以抵御北海的恶劣盐水环境。
幸运的是，在这次行动中情况保持平静，船上的科学团队松了一口气，因为沉积物下面开始出现CO2气泡。然后，我们的想法是测试为实验开发和构建的传感器阵列的性能。
声学和光学仪器被用于检测由气泡流产生的声音或用相机发现它们，而化学传感器“嗅出”它所含的二氧化碳和微量的惰性化学示踪剂，因此允许科学家将这一信号与任何天然存在的CO2。带有其他传感器的ROV和自主水下航行器（AUV）完成了所使用的技术库。船上的团队非常高兴和满意，他们测试的传感器和监测工具的表现远远好于预期。这导致了一些保证，即在溶解相和气泡中都能检测到即使非常小的二氧化碳释放到海洋系统中。这些结果清楚地证明了结合多种传感和监测方法来检测CCS储层泄漏的效用。
第二艘研究船RV Poseidon由位于德国基尔的GEOMAR亥姆霍兹海洋研究中心的船员和科学团队操纵，可以看到Goldeneye平台和RRS詹姆斯库克。作为STEMM-CCS项目的合作伙伴，GEOMAR团队参与了与实验相关的更远距离的监测和海底基线研究，结合了欧洲各国的专业知识和设施。
海床上的水听器墙，当他们从海底出来并穿过水柱时，听到声音气泡。图片：版权所有STEMM-CCS项目
领导该项目的NOC科学家Douglas Connelly教授对结果感到高兴：“三年的努力和创新思维使我们在STEMM-CCS项目中获得了这一激动人心的点。这个实验接近我们可以模拟的真实泄漏，这是世界上第一次尝试它。北海可能是一个恶劣的环境，将管道送入海底，与二氧化碳供应相连并产生一股气体，这一直是一个挑战。这个现实场景对于我们正确测试已经开发的传感器以便将来安心无忧至关重要，如果发生泄漏，我们可以快速准确地检测到它。
从技术角度来看，STEMM-CCS巡航取得了令人难以置信的成功。为了证明新一代船用传感器在检测溶解和鼓泡气体方面的高灵敏度，在海床上放置3吨二氧化碳并以可控的方式将其释放到海床下面，这绝非易事。实验的成功和传感器的性能使我们的信心发生了变化，即在现实世界的情况下，我们有能力检测和监测海底下储存场所的二氧化碳逃逸“。
虽然实验和STEMM-CCS项目的最终目标是开发用于检测和监测实际情况下的气体泄漏的传感器和方法，但也存在教育方面。住在邮轮上，研究生研究员Ben Roche（NOC）通过船上的实时链接与来自英格兰和威尔士南安普顿的200多名学生分享了科学研究游轮的兴奋，挑战和成功：“这是非常有益的在实际进行科学研究的同时与学生们聊天，我很着迷于他们如何在课程研究中使用和分析实验中的实际数据。“其余的剩余工作计划进一步开展外展工作。有关巡航和整个项目的详细信息，请访问www.stemm-ccs.eu
关于作者
Kelvin Boot是一名与该项目合作的科学传播者。
