本报讯 二氧化碳（CO2）的地质封存是实现温室气体减排的重要途径，容量巨大的地下咸水层是实现CO2封存的主要场所。黏土是一种致密富含微孔的矿物，地下富含黏土的岩层一方面可吸附大量的CO2，实现CO2封存，另一方面由于含有黏土的致密盖层具有极低的渗透率，可有效防止注入CO2的逃逸。因此研究CO2在黏土中的运移特性对评估CO2的泄漏风险具有重要意义。
近日，明升官网明升体育app院武汉岩土力学研究所副研究员胡海翔首次采用分子动力学研究了CO2在黏土层间孔隙中各种扩散系数，尤其是M-S和Fick扩散系数随地质条件（压力、含水量、温度）的演化。该研究获得了国家自然明升体育app基金和国家重点研发计划的资助，相关成果发表在《明升体育app手机版》上。
胡海翔表示，由于黏土是一种渗透率极低的致密矿物，一般认为扩散是气体运移的主要方式。扩散系数是衡量气体扩散能力的最重要参数。一般实验测量的扩散系数为Fick扩散系数，且黏土的微孔主要以分子层间微孔，难以通过实验直接测量。
研究发现，与通常自扩散系数随浓度（压力）增加单调减小不同，受黏土自由体积的影响，CO2自扩散系数随CO2压力先增后减。CO2的M-S和Fick扩散系数随着CO2压力、含水量和温度的升高单调增加。
基于自扩散系数和M-S扩散系数，研究人员提出了表征CO2分子间扩散耦合强度参数：它首先随CO2浓度增加，但当浓度超过2（分子/单位晶胞）时开始减少，与黏土自由体积的变化一致。这说明当地层含水量一定时，随着CO2埋藏深度的增加，CO2扩散加快，泄漏风险增加，降低含水量有利于减小其泄漏风险。该研究在分子水平上揭示了CO2在黏土中扩散的微观机制，并提供了实验上难以测量的扩散系数，为预测气体运移、评估CO2泄漏风险提供了重要依据。（高雅丽）
相关论文信息：DOI:10.1038/s41598-017-05758-3
《明升官网明升体育app报》 (2018-07-30 第5版 创新周刊)
