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探寻地质封存的“黑箱”

来源:  发布时间:2025-04-27

——记天津大学建筑工程学院副教授李铱

李白薇  张锦玉  

  

  在应对全球气候变化的科技版图中,碳捕获、利用与封存(CCUS)技术被视为实现“碳中和”目标的关键路径。天津大学建筑工程学院副教授李铱,正是在这一领域深耕不辍的科研先锋。从草原到实验室,从鄂尔多斯盆地的岩心采样到天津大学的大装置平台,这位85后学者用15年时间,在二氧化碳(CO2)地质封存这一领域持续贡献力量。

  2006年,当互联网经济浪潮席卷中国时,18岁的李铱选择了一条看似传统的道路——考入中国地质大学(北京)水文与水资源工程专业。“当时觉得水利工程关乎国计民生,值得毕生探索。”这份朴素的初心,成为他科研生涯的起点。

  在导师于青春教授的引领下,李铱的科研天赋逐渐显露。每天穿梭于实验室与办公室之间的于青春教授,手把手教他解析外文文献、捕捉学术空白。“导师办公室就在实验室楼上,一天4次巡查指导,连岩心夹持器的摆放角度都反复推敲。”这种“浸润式”培养,让李铱在研究生阶段便崭露头角,参与了中国地质调查局牵头的鄂尔多斯盆地碳捕集与封存(CCS)示范工程。零下20℃的寒冬里,李铱与团队深入施工现场采集岩心样本,这些珍贵的实验材料至今仍在多所科研机构“服役”。

  深入调查研究的难忘经历,为李铱日后的科研工作奠定了坚实的基础;放眼全球的视野,则让他的研究广度得到拓展。2014年,李铱获得蒙纳士大学(Monash University)联合培养博士生的国家公派留学机会。国外实验室的规范化流程令他震撼:“从安全培训到实验服装,每个细节都体现科研的严谨。”这段经历不仅开阔了他的国际视野,更让他将精细化管理理念带回国内实验室。

  20178月,在导师于青春教授的悉心指导下,李铱在工作第一年就获批了国家自然科学基金青年科学基金项目“岩石矿物成分对CO2地质储存中残余水的影响及作用机制”。经过3年的攻关,他和团队利用取自深部储层的天然岩心,开展了岩心驱替实验,揭示了岩石矿物成分对残余水饱和度的作用机制,丰富了残余水研究领域的成果体系。研究发现:随着岩石中石英/长石两种矿物含量的增加,岩心孔隙中残余水饱和度也会增加。

  “导致此结果的原因主要是由于CO2--石英/长石系统的接触角均小于50°,岩心整体的润湿性表现为亲水而疏CO2。当岩心中石英/长石二者含量较高时,岩心孔隙中的流体将有较大概率与这两种矿物接触,进而导致残余水饱和度增加。但是,如果选用的是盐水而非去离子水,由于矿物颗粒表面受到污染,会使得接触角有较大增幅,进而会降低残余水饱和度。”李铱介绍,岩心渗透率和残余水饱和度呈负相关关系,而孔隙度与残余水饱和度没有明显相关关系,但是孔隙度越大、岩心尺度CO2封存量也会增加。

  这项从“01”的原创研究,为封存层选址提供了关键理论依据,也让李铱坚定了深耕这一方向。2020年加盟天津大学后,李铱正式成为“深地水土资源探测与大数据分析”研究团队的一员。面对新一代90后、00后研究生,他全面关注每位成员的成长路径,鼓励他们自主探索。“我更注重激发研究生的学术自觉性,而非依赖外部程式化指导完成知识再生产。”在这种理念下,团队将传统地质勘探与人工智能结合,开发出多孔介质渗流预测模型,精度较传统方法提升40%

  对于产学研转化,李铱也有着清醒的认知:“我们现阶段仍在解决比较小的问题,也就是‘从01’的过程。当这些‘1’足够坚实,自然能迈向‘100’的工程应用。”

  以脚步丈量地质科学的广度和深度,李铱诠释着何为“把论文写在祖国的大地上”,也一步一步完成了从草原学子到青年领军学者的转变。未来,他将带领团队不断进取,向着“碳中和”的星辰大海坚定前行。
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2025年4月

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