[发明专利]用于二氧化碳捕集与海洋碳封存的装置及方法

说明书

本发明涉及海洋固碳储碳技术领域，特别是一种用于二氧化碳捕集与海洋碳封存的装置及方法。该装置包括海水碱化机构、硅藻繁育系统、动力组件和监测组件，动力组件分别与海水碱化机构、硅藻繁育系统和监测组件连接，海水碱化机构的出水口与硅藻繁育系统连接，监测组件分别与海水碱化机构、硅藻繁育系统连接。其实现了海水碱化‑海藻养殖一体化工艺，通过海水溶解碱性矿物快速捕集大气二氧化碳，利用硅藻繁育降低海水中游离态硅酸和碳酸浓度，以无机/有机、颗粒/溶解多种形态储碳，增加海洋储碳周期。

技术领域

本发明涉及海洋固碳储碳技术领域，特别是一种用于二氧化碳捕集与海洋碳封存的装置及方法。

背景技术

二氧化碳人为排放的持续增加，导致全球变暖，引发极端气候频发、海平面上升、水体缺氧酸化等一系列环境负面效应，威胁着人类社会的可持续发展，但在可见的未来，化石燃料依然是工业社会的主体能源，发展二氧化碳捕集与封存技术，突破产业应用瓶颈问题迫在眉睫。海洋是地表最大的活跃碳库，在地球历史上发挥了气候变化调节的作用，增汇潜力巨大。通过人为措施增加海洋碳汇的海洋固碳储碳技术，能实现全球碳循环的人为调控，从根源解决全球气候变暖问题。同时，基于海洋系统碳、氮、磷、硅等生源要素循环耦合的原理，可通过对全球碳循环的调控实现对氮、磷等关键生源要素的人为调控。

海洋系统的碳汇机制包括溶解度泵、生物碳泵、碳酸盐泵和微生物碳泵。溶解度泵是指当大气二氧化碳分压高于海洋时，更多二氧化碳溶于海水，直到海气界面的压力达到平衡，是一个被动的物理化学过程。生物碳泵则启动于海洋真光层，由浮游植物通过光合作用将溶解无机碳转化为有机碳，并通过食物网迁移转化形成生物遗体或粪便等碎屑，其在重力迁移进入深海或埋藏于海床实现长周期储碳。碳酸盐泵则指颗石藻或贝类等钙化生物通过固定海水中的碳酸盐，生成碳酸钙的保护外壳，并最终将碳酸钙颗粒物沉降埋藏于海底的过程。在碳酸钙的形成过程中，每形成1mol碳酸钙会向大气释放1mol二氧化碳，因此碳酸盐泵又称为碳酸盐反泵。微生物碳泵则是通过微型生物的代谢活动，将溶解有机碳由活性转化为惰性的过程，而惰性溶解有机碳不容易被降解，可在海洋中保存上千年。海洋固碳储碳技术是通过人为干涉措施加速上述海洋碳泵的技术体系，现存在多种技术途径，其中以海水碱化增汇和海藻养殖增汇的理论相对完善、技术较为成熟。海水碱化增汇技术是通过人为加速硅酸盐或碳酸盐碱性矿物溶解，提高海水碱度，促使二氧化碳在海水中的溶解，即人为加速溶解度泵，完成对大气二氧化碳的捕集。而海藻养殖增汇技术则是通过人工养殖微型或大型海藻，利用海藻光合固碳作用将溶解于海水中的无机碳转化为有机碳，向水体释放颗粒和溶解有机碳，其分别通过生物碳泵和微生物碳泵的二次转化实现长周期储碳。

然而，海水碱化增汇和海藻养殖增汇技术的产业化应用仍存在部分瓶颈问题亟待解决。其中，海水碱化增汇技术可能会由于人为增加海水中游离态的硅酸和碳酸，促使硅酸盐/碳酸盐次生矿物的形成，使已溶解海水体系中的部分二氧化碳再次返回大气中，导致该技术的储碳周期不明。海藻养殖增汇技术则受限于生物碳泵和微型生物碳的转化效率，增汇潜力有限。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提出了一种用于二氧化碳捕集与海洋碳封存的装置及方法，实现海水碱化-海藻养殖一体化工艺，通过海水溶解碱性矿物快速捕集大气二氧化碳，利用硅藻繁育降低海水中游离态硅酸和碳酸浓度，以无机/有机、颗粒/溶解多种形态储碳，增加海洋储碳周期。

本发明的技术方案是：一种用于二氧化碳捕集与海洋碳封存的装置，其中，包括海水碱化机构、硅藻繁育系统、动力组件和监测组件，动力组件分别与海水碱化机构、硅藻繁育系统和监测组件连接，海水碱化机构的出水口与硅藻繁育系统连接，监测组件分别与海水碱化机构、硅藻繁育系统连接；