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气候变化是人类面临的最紧迫的挑战之一，为了应对其潜在的灾难性影响，科学家们正在寻找可以帮助世界达到碳中和的新技术。
近年来，其中一个有望实现的解决方案备受关注，那便是：以水合物的形式在海底沉积物下收集和储存二氧化碳排放物，它们会因为上方海水重量产生的自然压力而保持位置不变。然而，现在的主要问题是，为了让碳保持在适当位置并远离大气，需要进行长时间存储，那这样储存的二氧化碳究竟稳定性如何？
现在，来自新加坡国立大学化学与生物分子工程系的研究人员首次向大众展示了二氧化碳水合物在海洋沉积物中的稳定性的实验证据——这将成为实现该碳储存方案可行性的关键一步。
该研究的主要研究员林戈教授(Praveen Linga)说：“这是第一次有这样的实验证据，我们希望借此促进该项技术进一步发展。”作为新加坡能源中心(Singapore Energy Centre)资助项目的一部分，该研究团队的此次发现首次发表在化学工程领域顶级国际期刊《化学工程杂志》(Chemical Engineering Journal)上。
通过利用专门设计的实验室反应器，新加坡国立大学研究团队展示了二氧化碳水合物可以在海洋沉积物中保持稳定长达30天。该团队表示，同样的过程也可以用于验证未来二氧化碳水合物在更长时间内的稳定性。
困于冰状物质之中
在低温高压的海洋环境，二氧化碳可以被困在水分子中，形成冰状物质。这些二氧化碳水合物在略高于水冰点的温度下形成，每立方米的水合物可储存多达184立方米的二氧化碳。
在世界各个环境类似的海底之处都存在着大量甲烷水合物，它们的安全存在为存储二氧化碳提供了类似经验以及案例支撑——即如果储存在深海沉积物中，二氧化碳水合物也可以保持稳定和安全。
该研究团队指出，这项技术最终可以发展成商业规模流程，使像新加坡这样的国家每年能够有效存储超过200万吨的二氧化碳水合物，来实现减排目标。
模拟海底条件
在实验过程中，林戈教授及其团队需要重现深海海底的环境，那里的温度范围在2°C到6°C之间，压力比我们在海平面感受到的要高100倍。也正因如此，创建一个能维持这种条件的宏观规模反应器具有一定挑战性，这也是以前无法进行二氧化碳水合物稳定性实验的原因之一。但可喜的是，新加坡国立大学的研究团队克服了这一挑战——他们通过使用内部专门设计的加压容器，以硅砂床为内衬，成功模拟出海底环境下的海洋沉积物。
该团队可以在硅砂层的顶部和内部形成固体水合物，并使用加压容器模拟出海底环境，再对沉积物中形成的固体二氧化碳水合物的稳定性进行观察。在加压条件下，经过对水合物进行了14至30天的观察后，研究员们发现其具有高度稳定性。
除了目前储存在枯竭的油气储量和含盐含水层中的碳排放物以外，这种水合物技术可让各国将大量碳排放物封存到深海地质构造中。对于像新加坡这样的国家来说——已经设立了到2050年达到碳中和的目标，这项技术可以成为帮其减少二氧化碳排放量的重要工具。
“为了实现碳中和目标，我们必须寻找新的选择，以便保证封存二氧化碳的规模和速度。在深海沉积物中储存二氧化碳水合物会是一个极有希望实现的解决方案，”林戈教授说。
该研究团队的下一步是扩大实验的规模和时间范围。
林戈教授表示：“从实验的角度来看，我们计划将规模扩大10倍，并进一步创新，开发可量化的技术工具和方法。”具体来说，团队接下来的目标是尽快证明二氧化碳水合物在6个月内的稳定性。
最近，该研究团队表示，在新加坡政府的低碳能源研究资助计划的支持下，研究团队开发的尖端低碳能源技术解决方案，将极大推动这种储存技术发展。在以后的实验计划中，该团队希望可以开发和验证能预测未来数千年二氧化碳水合物稳定性的模型。
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