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气候变化新突破:冰岛实验项目将二氧化碳变石头

随着全新技术的问世,人类有望以更廉价、更安全的方式在地下封存二氧化碳排放,而不再需要储存气体形式的二氧化碳。

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冰岛赫利舍迪地热电厂附近的碳固”项目,二氧化碳被泵入火山岩,两年之后95%都变成了岩石。图片来源:Juerg Matter/Science

将二氧化碳用泵灌入地下,并使之迅速石化,这便是一种激进的应对气候变化的全新方式。

这项工程独辟蹊径,以一种更廉价安全的方式可以将化石燃料消耗产生的二氧化碳埋藏在地下,从而避免
全球变暖。碳捕捉和储存(CCS)技术被认为是阻止全球变暖至关重要的手段,但现有的项目都以气体形式储存二氧化碳,对于成本和潜在泄漏问题的担心也导致部分项目半途而废。

这项新的研究项目将二氧化碳泵入冰岛地下的火山岩中,加速了玄武岩与气体反应产生碳酸盐矿物质并最终形成石灰岩的自然过程。研究人员对于二氧化碳气体变成固体的速度表示惊讶。相对于以往研究人员估计的二氧化碳石化需要花费成百上千年时间相比,这样的转化在此次实验中只用了两年。

“碳排放量上升是我们必须解决的问题,而这就是碳永久存储的终极方案——把碳变回石头,”来自英国南安普顿大学的实验负责人约尔格·马特表示。此项实验的成果发表在《科学》期刊上

马特认为,政界的碌碌无为是阻碍CCS技术推广的唯一障碍,碳排放定价等政策早就应该推行:“碳捕捉和储存的工程技术已经成熟,随时可以应用。为什么我们看不到数以百计的项目落地呢?因为缺乏动力。”

冰岛项目的规模已经扩大,每年可以封存一万吨二氧化碳,实验中使用的玄武岩在全球各地都十分常见,是构成海底岩床和部分陆地岩床的成分。“我们认为这项技术未来可以用于玄武岩储量丰富地区电厂碳排放的处理,而玄武岩丰富的地区实在有很多很多,”来自美国哥伦比亚大学的实验团队成员马丁·施图特表示。

玄武岩储量丰富的美国华盛顿州、俄勒冈州哥伦比亚河玄武岩群也已经进行了类似的实验。印度有很多高污染的火电厂,该国的德干暗色岩也蕴藏着大量玄武岩。

这项新技术的一个潜在挑战在于工程的巨大耗水量:每封存一吨二氧化碳大约需要使用25吨水。但马特表示,可以使用海水,这样沿海地区的用水供应便不成问题。另一个挑战是地下微生物有可能将碳酸盐矿物质分解成强力温室气体甲烷,但冰岛的研究项目中并未发现这样的问题。

这项名为“碳固”(Carbfix)的研究项目是在世界规模最大的地热电厂、冰岛赫利舍迪电厂展开的。电厂从地下抽取火山加热的水并用其带动发电涡轮,但二氧化碳和气味难闻的硫化氢等火山气体也随之被带到地表。


“碳固”项目所在地冰岛赫利舍迪地热电厂。图片来源:gamene

研究人员事先将230吨气体溶解于水中以防止其泄出,然后将水注入地下400到500米深的玄武岩中。他们使用的示踪化学剂显示,超过95%的二氧化碳在两年之内就变成了岩石,在马特看来这样的速度“快得惊人”。雷克雅未克能源项目负责人艾达·阿拉多蒂尔表示:“这是令人欣慰的意外之喜。”

冰岛项目目前的年二氧化碳封存量已经扩大至一万吨。此外,同时注入地下的还有同样可以转变成矿物质的硫化氢。哥伦比亚大学研究团队还在考察另外一种在阿曼发现的岩石,这种石材或许能以比玄武岩更快的速度将二氧化碳变成岩石。

在常规的CCS项目中,二氧化碳是以气体形式储存在诸如北海废弃油井等沉积岩中。与玄武岩不同,沉积岩缺乏能将二氧化碳转化成岩石的矿物质。此外,沉积岩贮备存在泄漏风险,因此必须对其进行监控,这又进一步提高了成本。

常规CCS项目还引起了公众的担心,导致荷兰和德国的陆上CCS项目搁浅。“在欧洲,陆上碳捕捉与存储项目基本不在考虑范畴,”马特表示。

常规CCS还要求将二氧化碳从电厂和工厂排放的废气中分离出来,而这一过程的成本极高。利用玄武岩的CCS就不需要这样。不过,马特也表示,对于那些邻近优质储存地的电厂来说,传统CCS技术仍然可以发挥作用。

爱丁堡大学CCS技术教授斯图尔特·海斯泽尔丁虽然并未参加此次研究项目,但他表示这项
技术前景光明:“这项技术太棒了。这或许可以为玄武岩资源丰富地区提供成本低、安全性高的解决方案。【不过】这需要与现存所有方案结合使用,因为我们面对的问题是处理每年全球上亿吨的巨大二氧化碳排放量,任务艰巨,任何单项技术方案都不可能在短时间内迅速解决这一问题。”

联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)已经得出结论,CCS对于经济合算地解决气候变化问题至关重要。IPCC认为,如果没有CCS,阻止全球变暖的成本将翻一倍,英国政府顾问机构气候变化委员会对这一估算表示赞同。

不过,英国政府去年十一终止了一项总额高达10亿英镑、开创性的CCS技术竞赛。CCS在全球范围内的发展差强人意,一些企业只是将二氧化碳注入地下来驱使老油气井中残余的石油和天然气充分溢出。海斯泽尔丁表示,全球不同国家自1972年以来开展了100多个二氧化碳灌注项目,目前为止没有一个发生过泄漏。

目前研究人员也在开发其他创新性的CCS技术,如埃克森美孚资助的利用燃料电池降低二氧化碳捕捉成本的项目,以及福特将二氧化碳制成泡沫用于车辆的项目。其他团体也在寻求化学技术上的进展,以求降低二氧化碳捕捉的难度。


英文原文刊载于《卫报

翻译:子明

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