令人着迷的研究：如何将二氧化碳封存进石头？

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相比于物理方法收集二氧化碳，矿化处理二氧化碳有着更加显著的优势，这使其在“负碳”产业具有广阔的前景。

可以肯定地说，随着二氧化碳水平持续上升，科学界已经被人们推到了解决碳排放问题的悬崖边上。自20世纪中期以来，全球平均气温每10年上升近0.2摄氏度，这种情况是前所未有的，目前这个数值比工业化之前的测量值高了0.98°C。

气温上升是能源消耗和废气排放的结果，人们为了短期的经济利益而选择用长期的环境健康发展和地缘政治来做交换。全球变暖是很危险，但大量的碳排放并没有为了符合《巴黎协定》所设定的2.0°C限制而及时停止的迹象。然而，如果解决排放问题的办法就在我们的眼前呢?

如果希望达到所设定的气候目标，我们就必须要实现每年超过100亿吨的碳捕获量。目前，地质捕获和矿化是减少某些工业过程固有的二氧化碳排放的唯一选择，例如钢厂的碳排放过程。第一种技术是将二氧化碳压缩成超临界流体，然后泵入地下储层。然而，这一过程必须确保绝对安全，以避免类似1986年尼奥斯湖爆炸的发生。当时数百人在火山爆发后被储存于湖中的二氧化碳大量释放窒息而死。

虽然这一灾难的发生不是人为碳封存造成的，但在管理或监测不当的情况下，这种灾难是碳封存隐藏的一个致命后果。此外，二氧化碳的储存问题阻碍了开发捕获气体作为绿色燃料的潜力，而绿色燃料可用于减少全球对化石燃料的依赖。

相比之下，矿化的化学稳定性要好得多。二氧化碳与钙或镁的氧化物结合在稳定的晶格中，形成各自的碳酸盐，而不是物理存储。然后，臭名昭著的温室气体可以作为超纯原料被回收，碳酸盐也可以并入混合材料中，实现可行且前景广阔负碳产业经济。

这并不是说矿化是一劳永逸解决气候变化的方案。在谷歌学术搜索“二氧化碳矿化”你可以搜到将近二十万篇论 ，但矿化仍然没有在工业中成为主流的方案。

首先，矿化应该如何进行是非常复杂的。一般来说，富镁或富钙的材料必须先进行能源密集处理，以提取活性金属氧化物。只有这样，这种材料才有可能用于碳捕获。此外，金属氧化物和二氧化碳之间的反应也受到它们相互作用程度的限制。最后，矿化过程可能产生许多其他必须分离的物质。伴随着这么多的不确定因素，在大规模进行矿化之前我们必须进行谨慎的考虑。

这种谨慎的考虑正是Bardow和他的团队试图解决的问题。这群德国科学家开发了四种用于钢厂的二氧化碳矿化方案。这些工艺要么使用钢铁厂的钢渣废料，要么使用常用的蛇纹石或橄榄石作为原料。经过大量处理过程，隐藏在材料内部的镁和钙的氧化物作为碳封存材料的潜力被释放出来。此外，处理原料的过程中还会产生二氧化硅，这些二氧化硅与氢氧化钙和水混合后，可以作为传统硅酸盐水泥的替代品进一步抵消碳排放。从这开始，一个通用的二氧化碳矿化流程就建立起来了。在这个过程中，碳封存会在两种情况下发生：一是通过捕获作为钢的副产品排放的二氧化碳，二是用替代材料抵消碳排放。

虽然目前的技术还不能将碳酸镁用于水泥生产，但碳酸镁用于二氧化碳捕获的研究成果是非常鼓舞人心的。碳酸镁是循环碳捕获过程的首选材料，与钙相比其脱碳或去除二氧化碳所需的能量要少66%。因此，不难想象碳酸盐可以通过加热回到氧化物中，然后进入Bardow提出的碳捕获系统。

这一额外步骤将产生超纯可用的二氧化碳原料，在新技术的帮助下，这个方案在能源绿色利用领域显示出广阔的前景。此外，对蛇纹石原料持续供应也将不再需要，从而消除采矿和材料运输所造成的能源需求和环境影响。

此外，该碳捕获和利用系统可以应用于露天条件。McQueen等人利用一个循环的“传送带”系统完善了这个思路，在这个系统中，氧化镁会在专门设计的设备中吸收空气中的二氧化碳。材料在暴露于环境大气仅仅一年之后就可以被用于收集提取二氧化碳原料，产生氧化镁。然后，氧化物将被重新引入风化厂以进行进一步的碳捕获。假设按照目前的电力成本，这个技术的最高成本估计约为每吨封存二氧化碳需要159美元，而目前的技术封存一吨二氧化碳则需要500-600美元的成本。

像这样典型的研究也仅是实现碳中和的第一步。毕竟理论上的数字并不能阻止不断增长的碳排放，也不能阻止它们对世界的影响。此外，将大规模、多步骤的流程整合到当前的行业中需要无数个小时的工程和大量的初始投资，而很少有人有能力并愿意为此融资。这一障碍意味着对许多行业来说，保持现状更容易获得利润。但这也并不代表做出改变是不可能的。随着消费者、行业和政府不断的倡导，也许有一天，世界将能够认识到将二氧化碳封存进石头这个方案的真正潜力。

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