二氧化碳注入地下變成「石頭」

冰島研究人員日前表示，他們發明了一種新方法，通過把二氧化碳變成石頭從而將這種溫室氣體封存在地下。發表在最新出版的《科學》雜誌上的這項研究成果顯示，將二氧化碳注入火山岩能夠引發化學反應，並快速形成碳酸鹽礦物質，後者有望永遠鎖住這種溫室氣體。

儘管這種技術必須克服一些障礙才能投入商業用途，但科學家指出，被稱為CarbFix的這一項目為目前陷入困境的通過捕獲及封存來自發電廠的二氧化碳從而抵抗全球變暖的努力帶來了一線希望。並未參與該項目的美國加利福尼亞州帕洛阿爾托市斯坦福大學地質學家Sally Benson表示：「這是向前邁出的重要一步。」

在全球變暖背景下，怎樣處理不斷增長的二氧化碳排放是一個世界性難題。作為抑制發電廠排放二氧化碳的一條途徑，世界各地數十個試點項目力圖測試碳捕獲與封存。然而很少有項目能夠擴大到商業規模，主要因為其商業成本很高——封存1噸二氧化碳大約需要50至100美元。

二氧化碳捕獲與封存同時面臨技術上的障礙，最大的一個問題便是在哪裡封存捕獲的溫室氣體。大多數研究人員青睞於沉積岩，主要是含有地下水的砂岩或廢棄的油井，這是因為長期以來，工業部門有在這裡施工的經驗。但是科學家擔心，覆蓋含水層的岩石上的裂縫會讓二氧化碳重新泄漏到大氣層中。

因此在2006年，冰島、美國和法國科學家提出了一個不同的想法——將二氧化碳注入地下玄武岩之中。他們知道與砂岩不同，玄武岩含有能夠與二氧化碳發生反應的金屬，從而能夠形成碳酸鹽礦物質，例如方解石，這一過程被稱為碳酸化作用。

但研究人員認為上述過程可能需要很多年。為了找到問題的答案，他們在雷克雅未克以東25公里的地方開展了CarbFix項目，即將採集自附近一家地熱發電廠的二氧化碳注入冰島地下豐富的玄武岩之中。冰島有多座活火山，火山噴發形成的玄武岩廣泛存在於地下，這種岩石的鈣、鎂、鐵含量高。

這個項目由美國哥倫比亞大學、冰島大學、冰島雷克雅未克能源公司、英國南安普敦大學等機構聯合實施。2012年，研究人員將220噸二氧化碳注入地表下400米至800米的玄武岩中。他們同時還添加了額外的水，後者能夠與氣體反應形成礦物反應的關鍵驅動因素：碳酸。研究人員隨後通過在附近監測井中採集樣本從而監測了地下的pH值、地球化學及其他特徵。

接下來發生的一切讓研究人員感到震驚。大約1年半後，一個監測井中的泵不斷損壞。當工程師把泵取出來後，發現上面覆蓋著白色和綠色的污垢。測試後發現是方解石，並含有大量碳示蹤劑，這標誌著它是一種碳酸化作用的產物。

「我們的研究結果顯示，所注入的二氧化碳含量的95%至98%在不到兩年內便發生了鈣化（即轉化為固態碳酸鹽），」論文第一作者、南安普敦大學地質工程學副教授Juerg Matter在一份聲明中說，「這個速度非常令人吃驚。」

Matter說，固態碳酸鹽礦物質沒有泄漏風險，因而這種方式可以永久且對環境無害地封存二氧化碳。玄武岩是地球上最常見的岩石類型之一，在世界許多地方的大陸邊緣地帶廣泛存在，因此有潛力用於大量封存二氧化碳。

但專家也表示，用上述方法將二氧化碳注入玄武岩層之前，需先把二氧化碳與水混合，因而所需用水量非常大，封存1噸二氧化碳需要大約25噸水。未來可以探索使用海水來解決這個問題。

CarbFix項目是一個小型試點項目，目前冰島雷克雅未克能源公司正在開展更大規模的試驗，把從一個地熱發電廠每年捕捉的近5000噸二氧化碳封存到地下。研究人員認為，這種新型固碳技術將會提高公眾對碳捕捉與封存技術的接受度。（趙熙熙）

來源：中國科學報

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