Modeling & Simulation of Geological Storage of CO2
一、關鍵挑戰Challenge
近年來聯合國呼籲各會員國必須重視溫室效應氣體所引致之全球暖化及極端氣候等問題，甚至醞釀未來具體以碳稅來經濟制裁二氧化碳排放過高之國家。台灣二氧化碳總排放量占世界1％，排名第22位，但人均排放量則高居全球第5名。台灣二氧化碳總排放67%來自能源部門、15%來自工業部門、14%來自運輸部門，能源及工業部門倚重煤炭的使用，運輸部門使用大量石油而衍生二氧化碳排放的嚴重問題。依據行政院「永續能源政策綱領」，我國的減碳目標必須在2016到2020年間回到2008年的排放水準。立法院永續會亦提出「在2015年回歸2005年之排放水準，並於2025年回歸2000年水準」，期望能於一定時程內達成特定的減量目標，若能及早先行減量，可望減輕經濟衝擊。
目前國內發展方向除致力於減碳外，透過二氧化碳封存亦不失為階段性的良方。二氧化碳封存包括海洋封存法、地質封存法、廢油氣田封存法及其他封存法，其中以地質封存為目前國際上及國內各研究單位著眼研究及發展的主要封存方法。地質封存依據封存的機制可分為構造封存、殘餘封存、溶解封存及礦化封存，但由於地層分布之不確定性及實驗試尺寸規模與現地尺寸規模相差懸殊，故存在著逸散至地下水圈乃至生物圈或進入大氣圈之風險，故該項移棲模擬分析技術仍需要詳加研究與評估。
中興社已初步開發二氧化碳灌注後在地層內移棲行為之評估技術，可初步藉由數值模擬方式來掌握二氧化碳超臨界狀態受壓力、溫度及地下水流作用下二氧化碳濃度團 (CO2 Plume) 之移棲變化，並計算不同時期各種封存機制所佔之比率，以評估二氧化碳於地層中封存的穩定性。另可搭配不同尺度之試驗室、場址及區域等三種尺寸試驗規模，實際掌握二氧化碳於岩石孔隙間傳輸之行為，進而推擴至場址尺寸規模，以探討評估二氧化碳封存之穩定性及對環境之衝擊程度。
二、流程Process
分析採TOUGH2程式進行，所需參數則可分為兩大部份，第一部份為「模擬水流及熱傳」，輸入參數包括：(1)水動力學參數、(2)熱動力學參數；第二部份為「模擬地化反應」。茲將相關參數及其取得方式整理如表1所示。
至於分析程序，首先依據震測結果建構三維水文地質概念模型，再輸入各地層之相關參數。各地層參數則蒐集國內外相關文獻並合理假設，本計畫亦將相關地層之水動力學參數試驗成果納入盆地尺寸及場址尺寸之移棲模擬分析，以獲得更具代表性之分析成果。最終灌注二氧化碳並依據各模擬情境進行數值分析。
表1 模擬程式所需之參數
| 參數類別 | 參數項目 | 取得方式 | |
| 水動力學參數 | 絕對滲透率(m2) | 室內滲透率試驗或井測資料間接推估 | |
| 孔隙率(%) | 室內孔隙率試驗或井測資料間接推估 | ||
| 相對滲透率Kr-S | 室內相對滲透率試驗 | ||
| 毛細壓力P-S | 室內毛細壓力試驗 | ||
| 熱動力學參數 | 地層 | 密度(kg/m3) | 室內一般物性試驗 |
| 熱傳導係數(W/m-℃) | 室內熱傳導係數試驗 | ||
| 比熱(J/kg-℃) | 室內比熱試驗 | ||
| 流體 | 密度(kg/m3) | EOS資料庫計算而得 | |
| 黏滯性(Pa．sec) | EOS資料庫計算而得 | ||
| 比焓(J) | EOS資料庫計算而得 | ||
| 反應動力學參數 | 礦物成分 | 由岩相分析求得 | |
| 初始水中離子含量 | 現地水質取樣及分析 | ||
| 反應速率相關參數 | 可參考美國USGS公開文件報告（Palandri and Kharaka， 2004） | ||
四、與其他核心技術關連性
「二氧化碳封存移棲模擬分析」與其他核心技術相關性如下：
1. GS0102－等效孔隙介質模式分析
2. GS0103－水文地質特性調查評估
3. GS0302－岩盤工程熱力-水力-力學耦合分析
4. GS0402－孔隙介質多相流傳輸及地化反應研究
5. GS0404－二氧化碳封存風險評估與管理
五、重要發表文獻
俞旗文、蔡政憲、焦中輝、黃連通、藍啟仁、陳景林，「二氧化碳封存先導試驗案例研究-德國Ketzin計畫」，台電工程月刊，第750期/第52-65頁，2011年2月。
