15.06.2016

卡靈頓·達(dá)米安

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

冰島赫利舍迪地?zé)犭姀S附近的“碳固”項(xiàng)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(jìn)的應(yīng)對氣候變化的全新方式。

這項(xiàng)工程獨(dú)辟蹊徑，以一種更廉價(jià)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(chǔ)存（CCS）技術(shù)被認(rèn)為是阻止全球變暖至關(guān)重要的手段，但現(xiàn)有的項(xiàng)目都以氣體形式儲(chǔ)存二氧化碳，對于成本和潛在泄漏問題的擔(dān)心也導(dǎo)致部分項(xiàng)目半途而廢。

這項(xiàng)新的研究項(xiàng)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?xì)怏w變成固體的速度表示驚訝。相對于以往研究人員估計(jì)的二氧化碳石化需要花費(fèi)成百上千年時(shí)間相比，這樣的轉(zhuǎn)化在此次實(shí)驗(yàn)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(chǔ)的終極方案——把碳變回石頭，”來自英國南安普頓大學(xué)的實(shí)驗(yàn)負(fù)責(zé)人約爾格·馬特表示。此項(xiàng)實(shí)驗(yàn)的成果發(fā)表在《科學(xué)》期刊上。

馬特認(rèn)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(jià)等政策早就應(yīng)該推行：“碳捕捉和儲(chǔ)存的工程技術(shù)已經(jīng)成熟，隨時(shí)可以應(yīng)用。為什么我們看不到數(shù)以百計(jì)的項(xiàng)目落地呢？因?yàn)槿狈?dòng)力。”

冰島項(xiàng)目的規(guī)模已經(jīng)擴(kuò)大，每年可以封存一萬噸二氧化碳，實(shí)驗(yàn)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(rèn)為這項(xiàng)技術(shù)未來可以用于玄武巖儲(chǔ)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(shí)在有很多很多，”來自美國哥倫比亞大學(xué)的實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)成員馬丁·施圖特表示。

玄武巖儲(chǔ)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(jìn)行了類似的實(shí)驗(yàn)。印度有很多高污染的火電廠，該國的德干暗色巖也蘊(yùn)藏著大量玄武巖。

這項(xiàng)新技術(shù)的一個(gè)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(gè)挑戰(zhàn)是地下微生物有可能將碳酸鹽礦物質(zhì)分解成強(qiáng)力溫室氣體甲烷，但冰島的研究項(xiàng)目中并未發(fā)現(xiàn)這樣的問題。

這項(xiàng)名為“碳固”（Carbfix）的研究項(xiàng)目是在世界規(guī)模最大的地?zé)犭姀S、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(dòng)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(xiàng)目所在地冰島赫利舍迪地?zé)犭姀S。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(xiàng)目負(fù)責(zé)人艾達(dá)·阿拉多蒂爾表示：“這是令人欣慰的意外之喜?！?/p>

冰島項(xiàng)目目前的年二氧化碳封存量已經(jīng)擴(kuò)大至一萬噸。此外，同時(shí)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(tuán)隊(duì)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(xiàng)目中，二氧化碳是以氣體形式儲(chǔ)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(fēng)險(xiǎn)，因此必須對其進(jìn)行監(jiān)控，這又進(jìn)一步提高了成本。

常規(guī)CCS項(xiàng)目還引起了公眾的擔(dān)心，導(dǎo)致荷蘭和德國的陸上CCS項(xiàng)目擱淺?！霸跉W洲，陸上碳捕捉與存儲(chǔ)項(xiàng)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(chǔ)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(xiàng)目，但他表示這項(xiàng)技術(shù)前景光明：“這項(xiàng)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?！静贿^】這需要與現(xiàn)存所有方案結(jié)合使用，因?yàn)槲覀兠鎸Φ膯栴}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(xiàng)技術(shù)方案都不可能在短時(shí)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(huì)（IPCC）已經(jīng)得出結(jié)論，CCS對于經(jīng)濟(jì)合算地解決氣候變化問題至關(guān)重要。IPCC認(rèn)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(jī)構(gòu)氣候變化委員會(huì)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(xiàng)總額高達(dá)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(qiáng)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?，全球不同國家?972年以來開展了100多個(gè)二氧化碳灌注項(xiàng)目，目前為止沒有一個(gè)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(xiàng)目，以及福特將二氧化碳制成泡沫用于車輛的項(xiàng)目。其他團(tuán)體也在尋求化學(xué)技術(shù)上的進(jìn)展，以求降低二氧化碳捕捉的難度。

英文原文刊載于《衛(wèi)報(bào)》

翻譯：子明