把二氧化碳“埋”了

　　导言：全球变暖作为工业发展的副产物一直以来都是人们担忧的问题。每年由于工业生产产生的大量二氧化碳的处置方案一直是人们在考虑的问题。本文将着重介绍一种新型的地下二氧化碳存储技术，从而铺开未来人类发展的道路。

　　为了阻止全球气候变化及危险的全球变暖，我们将最终不得不停止向大气层中排放温室气体。目前全世界在减少温室气体排放方面的工作进展依然缓慢，因此我们可以考虑一些更为激进的方案，例如将从大气层中去除的二氧化碳气体存储到地下。目前《科学》杂志上的一篇文章报道了我和我的同事在冰岛成功地进行了将二氧化碳气体转化为岩石并且存储到了地下的试验。尽管我们只尝试了一小部分的二氧化碳，但是这个方法在将来具有巨大的潜能。以下是这个方法的工作原理。

　　将二氧化碳转化为岩石

　　我们的文章是十多年来在科学领域以及冰岛碳固定实验项目的成果。我们和一个世界性的科学家团队合作，在他们其中包括了在20世纪70年代提出“全球变暖”概念的华莱士·布洛克。我们同时也和冰岛地热能源公司雷克雅未克能源建立了合作关系。

　　将二氧化碳转化为石灰岩的基础物质，碳酸盐矿物并不是一个新提出的概念。事实上地球本身就一直利用这种转换方式来控制大气中的二氧化碳水平。

　　然而，从目前的科学观点来看，将二氧化碳从气体转化为固体（被称为矿化作用）需要花费上千年时间（或者上万年）。过慢的转化速度使其很难实现工业规模生产。为了解决这个问题，我们利用雷克雅未克能源的注射和监控井准备了一块试验地。经过多年的准备，在2012年，我们将248吨两相二氧化碳注射到了位于地下550米的玄武岩中。大部分的二氧化碳储存项目都注射和储存“超临界二氧化碳”，即把二氧化碳气体用压力压缩来大幅度减少其体积。然而大部分的超临界二氧化碳都是有浮力的，如同气体一般。因为二氧化碳可能从存储介质中逃逸，泄漏到地下水中，并且最终挥发到大气中，这项技术一直饱受争议。

　　事实上，例如荷兰等一些欧洲国家已经因为缺乏公众认可而停止了超临界二氧化碳存储项目。公众普遍担心可能发生的泄露将会带来的未知的后果。奥地利甚至完全禁止了二氧化碳存储项目。

　　注射井和背后的监测站。

　　我们的冰岛项目则尝试了一种完全不同的方式。我们首先将二氧化碳溶解在水中产生气泡水。这种碳酸水含有两个优于超临界二氧化碳气体的优点。首先，这种液体是酸性的，能够用于腐蚀在酸性条件下溶解的玄武岩。其次，二氧化碳无法从中逃逸出来，气体在其中处于溶解状态因此不会上升到表面。并且只要我们将其保持在一定压力下，气体就永远不会上升到表面（你可以在罐装苏打水上见到相同的效应，只有打开罐头后其中溶解的二氧化碳才会挥发到空气中）。玄武岩的溶解意味着其中的例如钙镁铁等元素同样进入了石头孔隙中的水。玄武岩中大量富含这些元素并且能够与溶解其中的二氧化碳结合形成固态的碳酸盐矿物。

　　通过对监测井的观察和追踪研究，我们发现有超过95%的注射二氧化碳（约235吨）在两年内被转化为碳酸盐矿物。尽管初始的注射二氧化碳浓度很小，冰岛地区的试验已经证明了矿化二氧化碳法是可行的，同时更重要的是快捷。

　　在海底储存二氧化碳

　　一个好消息是这项技术不止能够在冰岛实现。二氧化碳的矿化需要玄武岩或者橄榄岩，因为这几种岩石富含大量金属能够与结合二氧化碳形成碳酸盐。

　　事实证明广阔无垠的海洋底部布满了几千米厚的玄武岩，因而大陆边缘也有大面积的玄武岩。同时在内陆也存在大量的区域覆盖了玄武岩（称为火成岩区）或橄榄岩（称为蛇绿岩套）。

　　目前二氧化碳的储存潜能要远大于几个世纪以来全球排放的二氧化碳总量。二氧化碳的矿化工艺消除了二氧化碳的上浮问题并且免除了永久监测注射二氧化碳，。而对于超临界二氧化碳注射位点而言，需要永久检测来阻止或者修补可能的二氧化碳泄露，这一问题还需上百年甚至上千年才能解决。

　　它的缺点是二氧化碳矿化为碳酸水的过程需要大量的水，这就意味着矿化技术只有在大量富水地区才能成功实现。

　　然而，在海底或是大陆边缘的海水中则没有这个缺点。相反，目前的这项永久储存技术的主要应用障碍还是成本问题。在我们的测试案例中矿化一吨二氧化碳所需的成本大约是17美元，大概是使用超临界二氧化碳储存技术的两倍。这就意味着撇开我们用的这技术细节，一旦缺少财政激励，例如征收含碳税或提高排放价格，这项碳存储技术的实行将缺乏驱动力。

　　作者信息：Dom Wolff-Boenisch是科廷大学西澳矿业学院的高级讲师。

　　原文链接【科学美国人博客】：

　　https://theconversation.com/new-technology-offers-hope-for-storing-carbon-dioxide-underground-60707

　　来源：中国数字科学博物馆

　　翻译：岑天宇

　　编辑：HWQ