15.06.2016

卡靈頓·達米安

隨著全新技術(shù)的問世，人類有望以更廉價、更安全的方式在地下封存二氧化碳排放，而不再需要儲存氣體形式的二氧化碳。

冰島赫利舍迪地熱電廠附近的“碳固”項目，二氧化碳被泵入火山巖，兩年之后95%都變成了巖石。圖片來源：Juerg Matter/Science

將二氧化碳用泵灌入地下，并使之迅速石化，這便是一種激進的應(yīng)對氣候變化的全新方式。

這項工程獨辟蹊徑，以一種更廉價安全的方式可以將化石燃料消耗產(chǎn)生的二氧化碳埋藏在地下，從而避免全球變暖。碳捕捉和儲存（CCS）技術(shù)被認為是阻止全球變暖至關(guān)重要的手段，但現(xiàn)有的項目都以氣體形式儲存二氧化碳，對于成本和潛在泄漏問題的擔心也導(dǎo)致部分項目半途而廢。

這項新的研究項目將二氧化碳泵入冰島地下的火山巖中，加速了玄武巖與氣體反應(yīng)產(chǎn)生碳酸鹽礦物質(zhì)并最終形成石灰?guī)r的自然過程。研究人員對于二氧化碳氣體變成固體的速度表示驚訝。相對于以往研究人員估計的二氧化碳石化需要花費成百上千年時間相比，這樣的轉(zhuǎn)化在此次實驗中只用了兩年。

“碳排放量上升是我們必須解決的問題，而這就是碳永久存儲的終極方案——把碳變回石頭，”來自英國南安普頓大學(xué)的實驗負責人約爾格·馬特表示。此項實驗的成果發(fā)表在《科學(xué)》期刊上。

馬特認為，政界的碌碌無為是阻礙CCS技術(shù)推廣的唯一障礙，碳排放定價等政策早就應(yīng)該推行：“碳捕捉和儲存的工程技術(shù)已經(jīng)成熟，隨時可以應(yīng)用。為什么我們看不到數(shù)以百計的項目落地呢？因為缺乏動力。”

冰島項目的規(guī)模已經(jīng)擴大，每年可以封存一萬噸二氧化碳，實驗中使用的玄武巖在全球各地都十分常見，是構(gòu)成海底巖床和部分陸地巖床的成分?！拔覀冋J為這項技術(shù)未來可以用于玄武巖儲量豐富地區(qū)電廠碳排放的處理，而玄武巖豐富的地區(qū)實在有很多很多，”來自美國哥倫比亞大學(xué)的實驗團隊成員馬丁·施圖特表示。

玄武巖儲量豐富的美國華盛頓州、俄勒岡州哥倫比亞河玄武巖群也已經(jīng)進行了類似的實驗。印度有很多高污染的火電廠，該國的德干暗色巖也蘊藏著大量玄武巖。

這項新技術(shù)的一個潛在挑戰(zhàn)在于工程的巨大耗水量：每封存一噸二氧化碳大約需要使用25噸水。但馬特表示，可以使用海水，這樣沿海地區(qū)的用水供應(yīng)便不成問題。另一個挑戰(zhàn)是地下微生物有可能將碳酸鹽礦物質(zhì)分解成強力溫室氣體甲烷，但冰島的研究項目中并未發(fā)現(xiàn)這樣的問題。

這項名為“碳固”（Carbfix）的研究項目是在世界規(guī)模最大的地熱電廠、冰島赫利舍迪電廠展開的。電廠從地下抽取火山加熱的水并用其帶動發(fā)電渦輪，但二氧化碳和氣味難聞的硫化氫等火山氣體也隨之被帶到地表。

“碳固”項目所在地冰島赫利舍迪地熱電廠。圖片來源：gamene

研究人員事先將230噸氣體溶解于水中以防止其泄出，然后將水注入地下400到500米深的玄武巖中。他們使用的示蹤化學(xué)劑顯示，超過95%的二氧化碳在兩年之內(nèi)就變成了巖石，在馬特看來這樣的速度“快得驚人”。雷克雅未克能源項目負責人艾達·阿拉多蒂爾表示：“這是令人欣慰的意外之喜?！?/p>

冰島項目目前的年二氧化碳封存量已經(jīng)擴大至一萬噸。此外，同時注入地下的還有同樣可以轉(zhuǎn)變成礦物質(zhì)的硫化氫。哥倫比亞大學(xué)研究團隊還在考察另外一種在阿曼發(fā)現(xiàn)的巖石，這種石材或許能以比玄武巖更快的速度將二氧化碳變成巖石。

在常規(guī)的CCS項目中，二氧化碳是以氣體形式儲存在諸如北海廢棄油井等沉積巖中。與玄武巖不同，沉積巖缺乏能將二氧化碳轉(zhuǎn)化成巖石的礦物質(zhì)。此外，沉積巖貯備存在泄漏風險，因此必須對其進行監(jiān)控，這又進一步提高了成本。

常規(guī)CCS項目還引起了公眾的擔心，導(dǎo)致荷蘭和德國的陸上CCS項目擱淺?！霸跉W洲，陸上碳捕捉與存儲項目基本不在考慮范疇，”馬特表示。

常規(guī)CCS還要求將二氧化碳從電廠和工廠排放的廢氣中分離出來，而這一過程的成本極高。利用玄武巖的CCS就不需要這樣。不過，馬特也表示，對于那些鄰近優(yōu)質(zhì)儲存地的電廠來說，傳統(tǒng)CCS技術(shù)仍然可以發(fā)揮作用。

愛丁堡大學(xué)CCS技術(shù)教授斯圖爾特·海斯?jié)蔂柖‰m然并未參加此次研究項目，但他表示這項技術(shù)前景光明：“這項技術(shù)太棒了。這或許可以為玄武巖資源豐富地區(qū)提供成本低、安全性高的解決方案。【不過】這需要與現(xiàn)存所有方案結(jié)合使用，因為我們面對的問題是處理每年全球上億噸的巨大二氧化碳排放量，任務(wù)艱巨，任何單項技術(shù)方案都不可能在短時間內(nèi)迅速解決這一問題?！?/p>

聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）已經(jīng)得出結(jié)論，CCS對于經(jīng)濟合算地解決氣候變化問題至關(guān)重要。IPCC認為，如果沒有CCS，阻止全球變暖的成本將翻一倍，英國政府顧問機構(gòu)氣候變化委員會對這一估算表示贊同。

不過，英國政府去年十一月終止了一項總額高達10億英鎊、開創(chuàng)性的CCS技術(shù)競賽。CCS在全球范圍內(nèi)的發(fā)展差強人意，一些企業(yè)只是將二氧化碳注入地下來驅(qū)使老油氣井中殘余的石油和天然氣充分溢出。海斯?jié)蔂柖”硎荆虿煌瑖易?972年以來開展了100多個二氧化碳灌注項目，目前為止沒有一個發(fā)生過泄漏。

目前研究人員也在開發(fā)其他創(chuàng)新性的CCS技術(shù)，如?？松梨谫Y助的利用燃料電池降低二氧化碳捕捉成本的項目，以及福特將二氧化碳制成泡沫用于車輛的項目。其他團體也在尋求化學(xué)技術(shù)上的進展，以求降低二氧化碳捕捉的難度。

英文原文刊載于《衛(wèi)報》

翻譯：子明