CAREER: Understanding CO2-Fluid-Mineral Interfacial Reactions for Sustainable Geologic CO2 Sequestration: An Integrated Research and Education Plan

职业:了解二氧化碳-流体-矿物界面反应以实现可持续地质二氧化碳封存:一项综合研究和教育计划

基本信息

  • 批准号:
    1057117
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 40万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2011
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2011-09-01 至 2016-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Geologic CO2 sequestration (GCS) is considered one of the most effective and promising mitigation strategies for increasing anthropogenic CO2. The proposed research will provide the underpinnings for understanding long-term sustainability of geologic CO2 sequestration strategies with a focus on nanoscale interfacial geochemical processes. Nanoscale reactions at fluid-mineral interfaces strongly influence the mechanisms and kinetics of important environmental processes, and these reactions can also be crucial in understanding processes in GCS systems. The proposed research plan will provide the basis for resolving discrepancies in reaction kinetics among data of different scales (from nanoscale to macroscale), and among laboratory and field site data in geologic CO2 injection systems. The proposed research will focus on acquiring new and more accurate information on reaction pathways and rates, including identification of critical nanoscale-mesoscale processes not previously detected, using a range of methods matched to the scale of reaction space in porous media: complementary aquatic geochemistry; the unique and powerful tools of in situ time-resolved synchrotron-based x-ray techniques and in situ flow-through atomic force microscopy. Although currently some data are available, the different scales of data for geologic CO2 injection systems have not been linked. Understandably, this creates confusion for policy makers, engineers, and local populations developing, working on, or living near CO2 sequestration sites. In establishing linkages between different scales, investigator will perform reactive transport modeling which will combine experimental and computationally-simulated data from multiple scales. Furthermore, by identifying geochemical reactions that facilitate self-fracture filling in CO2 storage, the proposed work will help us design new, secure, and sustainable CO2 sequestration. The findings will also improve academic and public understanding of climate change and geologic CO2 sequestration.Integrating recruiting, training, and outreach programs, the research and education plans will reach a diverse audience and broaden the participation of underrepresented minority groups in environmental science and engineering. The project expands the infrastructure for research and education by developing, in collaboration with K-12 teachers, research-based educational kits for a ?lending library? and related teaching modules devoted to energy and environmental issues for local K-12 schools. It encourages direct involvement of high school and undergraduate students. The project will enhance graduate education by including international collaborative research activities through the McDonnell Academy Global Energy and Environment Partnership (MAGEEP) at Washington University. Finally, it will conduct outreach activities to increase public awareness of the energy-environment nexus and greenhouse mitigation strategies, including public lectures and hands-on demonstrations in collaboration with Washington University?s Tyson Living Learning Center.
地质二氧化碳隔离(GCS)被认为是增加人为CO2的最有效和最有希望的缓解策略之一。拟议的研究将为理解地质二氧化碳隔离策略的长期可持续性提供基础,重点是纳米级界面地球化学过程。流体矿物接口的纳米级反应强烈影响重要环境过程的机制和动力学,这些反应对于理解GCS系统中的过程也至关重要。拟议的研究计划将为解决不同尺度(从纳米级到宏观)以及地质二氧化碳注入系统中的实验室和现场数据中的数据之间的反应动力学差异提供基础。拟议的研究将着重于获取有关反应途径和速率的新的,更准确的信息,包括使用以前未检测到的关键纳米级 - 尺度尺度过程,使用一系列与多孔介质中反应空间尺度的方法:互补的水生地球化学;原位时间分辨基于同步加速器的X射线技术和原位流通原子力显微镜的独特而强大的工具。尽管目前有一些数据可用,但是尚未链接地质二氧化碳注入系统的不同数据量表。可以理解的是,这会使政策制定者,工程师和本地人口感到困惑,并在二氧化碳隔离站点附近开发或生活。在建立不同量表之间的联系时,研究者将执行反应性传输模型,该建模将结合来自多个量表的实验和计算模拟数据。此外,通过确定促进二氧化碳存储中自我裂缝的地球化学反应,拟议的工作将有助于我们设计新,安全和可持续的CO2隔离。这些发现还将提高对气候变化和地质二氧化碳隔离的学术和公众的理解。融合招聘,培训和外展计划,研究和教育计划将吸引多样的受众,并扩大代表性不足的少数群体在环境科学和工程中的参与。该项目通过与K-12教师合作开发基于研究的教育套件来扩展研究和教育的基础设施?以及专门针对本地K-12学校的能源和环境问题的相关教学模块。它鼓励直接参与高中和本科生。该项目将通过华盛顿大学的麦克唐纳学院全球能源与环境合作伙伴(Mageep)包括国际合作研究活动来增强研究生教育。最后,它将进行外展活动,以提高公众对能源环境联系和温室缓解策略的认识,包括与华盛顿大学的泰森生活学习中心合作,包括公开讲座和动手示威。

项目成果

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