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把温室气体变成岩石,永久封存在地下

时间: 2016年06月23日 | 作者: Eli Kintisch | 来源: Science
新的碳封存技术计划把二氧化碳送入地下玄武岩层中,使其变成碳酸盐矿物。


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冰岛研究人员称,他们发现了一种将温室气体二氧化碳封存到地下深处的新方法:把它变成变成石头。最近发表于《科学》(Science)的研究结果表明,注入火山岩的二氧化碳触发了一个可以快速形成新碳酸盐矿物的反应,有望将气体永远固定。要在商业应用上可行,该技术还需克服一些很艰巨的障碍。但科学家认为这个被称为固碳 (CarbFix)的项目给通过捕集和封存二氧化碳来对抗因发电厂引起的气候变化带来了一线的曙光。未参与该研究的斯坦福大学地质学家Sally Benson 认为:“这是一个很大的进步。”

 

世界各地有很多试验计划在尝试通过碳捕集与封存(CCS)来减少发电厂的二氧化碳排放。但由于高昂的成本一直未被普及,每封存一吨二氧化碳就估计要花费50到100美金。

 

CCS还面临着技术障碍,其中一个最大的问题就是在哪存储被捕集的气体。多数研究者倾向于沉积岩层,通常是储藏着含盐地下水的砂岩或枯竭的油井,因为工业界有处理这类岩层的丰富经验。但科学家担心,储存层上方岩层的裂缝会让二氧化碳泄漏到大气中。

 

于是在2006年,冰岛,美国和法国的科学家们提出了另一种方法:将二氧化碳注入地下玄武岩层中,这是一种覆盖着海层和部分陆地的深色火成岩。他们认为,与砂岩不同,玄武岩可以与二氧化碳反应,通过一种叫做碳酸化的过程,形成碳酸盐矿物如方解石。但他们认为这个过程可能需要很多年。为了找到答案,他们在雷克雅未克以东25千米的地方进行了固碳(CarbFix)实验,利用附近地热发电站收集的地下岩浆冷却时释放出的二氧化碳,与冰岛地下丰富的玄武岩反应。

 

2012年,研究人员把220吨的二氧化碳(掺入了监测用的碳同位素)注入地下400米至800米的玄武岩中。他们也额外加入了水,它与气体反应形成矿物反应所需的关键物质,碳酸。然后他们从附近测试井中取样,来监测地下的pH值、地球化学参数等特征。

 

但接下来发生的事情使这个团队颇为震惊。大约一年半后,监测井内的泵一直出现故障。沮丧之余,工程师拽出了泵,发现它的外层附着着白色和绿色的水垢。经测试后确认为方解石,其中所含的碳同位素示踪剂表明它们是碳酸化的产物。

 

对地下水中溶解的碳的测量表明,95%以上被注入的碳已经转化为方解石等矿物质。“碳酸化发生得如此之快着实令人震惊,” CarbFix项目成员,英国南安普顿大学的地质学家Juerg Matter说。因为之前通过实验室试验和计算机模拟,Matter的团队和其他研究小组认为玄武岩中的碳酸化至少需要十年。 (因为砂岩含水层非常不活泼,所以普通的CCS点需要几个世纪的时间完成碳酸化)。

 

“迅速碳酸化表明,这是一个可以将二氧化碳永久地储存在地下并且没有泄漏的风险的可行方法,” Matter说。在华盛顿瓦卢拉附近的哥伦比亚河的玄武岩层有一个类似的项目,其未发表的数据也得出了相似的结论。而且由于玄武岩在陆地或沿海都很多,发电厂不需靠近沉积岩或枯竭的油井就可以利用CCS,Matter补充道。

 

要证实大部分注入的碳被矿化,还需要更大规模的现场测试,哥伦比亚大学(的地质学家PeterKelemen说(哥伦比亚大学是CarbFix的合作伙伴,但Kelemen并不参与该项目)。斯坦福大学的Benson认为,增大测试的规模也可以确认反应速度不会变成一个缺点。她担心如果碳酸化产生矿物质迅速堵塞玄武岩的孔隙,它们会使二氧化碳困在注入点附近,而不是扩散到整个岩层。

 

但是就连CarbFix的科学家都不能否认在玄武岩中进行CCS最大的障碍是财力:电力公司并没有动力去实现它。Matter承认道:“如果碳排放没有任何代价,那么就不会有商业计划,” 他希望政策制定者可以采取激励措施。否则,玄武岩项目可能遭遇与世界各地其他CCS项目商业化相同的失败命运。同时,Benson表示,冰岛项目的成功是一个受人欢迎的进展,她说:“在这个领域,一些积极正面的消息对我们大家都有好处。”

 

撰文:Eli Kintisch

翻译:孙逢玥

审校:颜磊

 

原文链接

http://www.sciencemag.org/news/2016/06/underground-injections-turn-carbon-dioxide-stone