應對全球變暖！科學家把二氧化碳注入巖層變成“石頭”封存

在全球變暖背景下，怎樣處理不斷增長的二氧化碳排放量是一個世界性難題。據新華社報道，一個國際科研小組近日在國際權威雜志《科學》上報告說，他們把二氧化碳注入地下玄武巖層，并借助自然化學反應將二氧化碳轉化為固態(tài)碳酸鹽。

長期以來，碳捕捉與封存技術（carbon capture and storage，CCS）被視為應對全球變暖的一種重要方案，即從工業(yè)生產或燃燒化石燃料所產生的氣體中分離出二氧化碳，然后注入一定深度的地下巖層中封存。通常選擇的封存地點是廢棄油氣田等，但一些專家擔心，這些氣體將來還會泄漏回地面，技術安全性有待驗證。

與水混合注入地下

為此，美國和歐盟的一些機構從2012年開始在冰島實施名為“碳固定”的試點項目。冰島有多座活火山，火山噴發(fā)形成的玄武巖廣泛存在于地下，這種巖石的鈣、鎂、鐵含量高，可與二氧化碳發(fā)生化學反應，生成固態(tài)的碳酸鹽礦物質。

這個項目由美國哥倫比亞大學、冰島大學、冰島雷克雅未克能源公司、英國南安普敦大學等機構聯(lián)合實施，研究人員先把此前收取的二氧化碳與水混合，然后注入到地下400米至800米深處的玄武巖層中。

科學家希望玄武巖能夠儲藏及永久礦化大量的氣體。在玄武巖中，溶解的二氧化碳能夠與鈣和鎂發(fā)生化學反應，并在數(shù)十年中形成石灰?guī)r。

一些專家原以為相關化學反應需經過數(shù)百年乃至數(shù)萬年才能完成，但最新研究顯示，這一化學反應的速度比此前預測的要快得多。

“我們的研究結果顯示，所注入的二氧化碳含量的95%至98%在不到兩年的時間內便發(fā)生了鈣化（即轉化為固態(tài)碳酸鹽），”論文第一作者、南安普敦大學地質工程學副教授于爾格·馬特（Juerg M. Matter）在一份聲明中說，“這個速度非常令人吃驚?！?/p>

缺點是消耗大量水

馬特說，固態(tài)碳酸鹽礦物質沒有泄漏風險，因而這種方式可以永久且對環(huán)境無害地封存二氧化碳。玄武巖是地球上最常見的巖石類型之一，在世界許多地方的大陸邊緣地帶廣泛存在，因此有潛力用于大量封存二氧化碳。

但專家也表示，用上述方法將二氧化碳注入玄武巖層之前，需先把二氧化碳與水混合，因而所需用水量非常大，封存1噸二氧化碳需要大約25噸水。未來可以探索使用海水來解決這個問題。

“碳固定”是一個小型試點項目，目前冰島雷克雅未克能源公司正在開展更大規(guī)模的試驗，把一個從地熱發(fā)電廠捕捉的近5000噸二氧化碳封存到地下。研究人員認為，這種新型固碳技術將會提高公眾對碳捕捉與封存技術的接受度。

背景鏈接

由于過度使用化石原料產生了過多二氧化碳，而人類無法消費多出的龐大部分，所以造成了一系列氣候和生態(tài)問題，于是碳捕捉與封存概念應運而生。

碳捕捉與封存技術是指將大型發(fā)電廠所產生的二氧化碳收集起來，并用各種方法儲存以避免其排放到大氣中的一種技術。這種技術被認為是未來大規(guī)模減少溫室氣體排放、減緩全球變暖最經濟可行的方法。因此，完成封存僅是成功的一半，科學家和工程師還必須找出如何從工業(yè)設施里捕獲二氧化碳，并以最節(jié)約成本的方式將它們運輸?shù)礁綦x地點。

二氧化碳封存的方法有許多種，一般說來可分為地質封存和海洋封存兩類。地質封存一般是將二氧化碳注入地質結構中，這些地質結構可以是油田、氣田、咸水層以及無法開采的煤礦等。研究表明，二氧化碳性質穩(wěn)定，可以在相當長的時間內被封存。若地質封存點經過謹慎地選擇、設計與管理，注入其中的氣體可以封存1000年以上。海洋封存是指將二氧化碳通過輪船或管道運輸?shù)缴詈：５走M行封存。

二氧化碳的捕捉方式主要有三種：燃燒前捕捉、富氧燃燒和燃燒后捕捉。捕捉到的二氧化碳必須運輸?shù)胶线m的地點進行封存，可以使用汽車、火車、輪船以及管道進行運輸。而且即使一個碳礦化產業(yè)能夠啟動，要在全球技術水平上建立它，將需要完成一個重建石油工業(yè)規(guī)模的任務量。

作為一項新的減排技術，碳捕捉與封存技術尚處于研發(fā)階段，并未開始大規(guī)模商業(yè)推廣，在技術上和制度上都存在著許多問題和障礙。在政策法規(guī)方面，對于碳捕捉與封存技術的應用，特別是二氧化碳的運輸與封存，缺乏明確的監(jiān)管監(jiān)測，相關法律法規(guī)將會成為嚴重的阻礙。

目前，與碳捕捉和封存技術相關的國際法律框架可分為兩個方面：一是對碳捕捉與封存的技術界定，如《聯(lián)合國氣候變化框架公約》及其《京都議定書》等；二是對捕捉的二氧化碳在海洋封存的規(guī)定，如《聯(lián)合國海洋法公約》和《防止傾倒廢物和其他物質污染海洋的公約》等。

歐盟一直以來不但是碳捕捉與封存技術研發(fā)的先驅，同時也始終積極倡導碳捕捉與封存的相關立法和各方面實施的制度化和規(guī)范化。歐盟委員會為加強對碳捕捉與封存實施的管理，于2008年1月發(fā)布了二氧化碳封存指令草案。該指令為應對氣候變化、確保二氧化碳的地質封存不對環(huán)境造成危害提供了法律框架。此外，歐盟還成立了專門的技術委員會，對碳捕捉與封存的具體實施進行指導和協(xié)助。