隨著大氣中二氧化碳量的增加，人們逐漸開始關(guān)注如何去除和存儲(chǔ)二氧化碳。
2013年，美國(guó)地質(zhì)勘探局發(fā)布了有史以來(lái)第一次全面的沉積盆地地質(zhì)二氧化碳儲(chǔ)存潛力評(píng)估。根據(jù)這項(xiàng)評(píng)估，美國(guó)可以存儲(chǔ)多達(dá)3*1012公噸的二氧化碳。最近，USGS發(fā)表了對(duì)另一種地質(zhì)碳儲(chǔ)存的綜合評(píng)估：碳礦化。
玄武巖是一種堅(jiān)硬的黑色火山巖
——是我們希望通過(guò)礦化過(guò)程，實(shí)現(xiàn)碳儲(chǔ)存的目標(biāo)物質(zhì)
碳礦化是什么？
碳礦化是二氧化碳變成固體礦物質(zhì)的過(guò)程，例如碳酸鹽。是當(dāng)某些巖石暴露在二氧化碳中時(shí)就會(huì)發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)。碳礦化的最大優(yōu)點(diǎn)是——碳不能逃逸回大氣。
碳礦化是自然發(fā)生的，但這個(gè)過(guò)程可以人為地加速。大多數(shù)具有碳礦化潛力的巖石是巖漿巖或變質(zhì)巖，而于此正相反的是沉積儲(chǔ)層。
小貼士
地球上的巖石按照成因分類可以分為：沉積巖、變質(zhì)巖和巖漿巖三大類。
沉積巖是由成層堆積的疏松沉積物經(jīng)固結(jié)而成的巖石，包括砂巖、泥巖、頁(yè)巖、石灰?guī)r等。
變質(zhì)巖是經(jīng)變質(zhì)作用形成的巖石。包括板巖、片巖、長(zhǎng)英質(zhì)粒巖、石英巖等。
巖漿巖又名火成巖，是地殼巖漿冷凝形成的巖石，主要包括花崗巖、輝長(zhǎng)巖、玄武巖等。
沉積儲(chǔ)層中的碳儲(chǔ)量與碳礦化之間的主要區(qū)別在于，沉積儲(chǔ)層中注入的二氧化碳會(huì)溶于深層含鹽地下水中。然而在碳礦化中，在巖石中會(huì)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)形成新的碳酸鹽礦物，從而防止了可能的碳逃逸。
地質(zhì)碳礦化的過(guò)程主要分為兩類：將二氧化碳注入地下深處的巖層，或是將二氧化碳直接暴露于地表的巖石碎片中，例如采礦遺留物。
蛇紋石樣品，一種主要由蛇紋石礦物組成的巖石。作為一種超鎂鐵質(zhì)巖石，蛇紋巖是碳礦化的可能目標(biāo)之一。
方法一
將二氧化碳注入地下深處的巖層
這種碳礦化方法與沉積盆地的地質(zhì)碳儲(chǔ)存最相似。將二氧化碳注入深入地下的井中，形成具有碳礦化潛力的火成巖或變質(zhì)巖層。
兩種具有碳礦化潛力的主要巖石類型是：玄武巖和一大類稱為“超鎂鐵質(zhì)或超基性”巖石，這意味著它們具有極高的鎂和鐵含量。實(shí)驗(yàn)室研究表明，超鎂鐵巖的反應(yīng)時(shí)間最快，前期實(shí)驗(yàn)證實(shí)，在玄武巖中注入二氧化碳可在兩年內(nèi)發(fā)生礦化。
碳酸鹽礦物方解石，礦化碳可能產(chǎn)生的礦物質(zhì)之一。
方法二
將二氧化碳直接暴露于地表的巖石碎片
讓我們回到地表，考慮另一種碳礦化方法，即將二氧化碳暴露在地表的超鎂鐵質(zhì)巖石或玄武巖中。這些巖石通常是碎石礦廢料，如石棉尾礦。同時(shí)，石棉尾礦的碳礦化還具有額外好處——降低暴露的石棉可能造成的風(fēng)險(xiǎn)。
礦山廢棄物的碳礦化可能比將二氧化碳注入地下巖層的碳礦化要快得多，原因是碎石上有更大的表面積可以使碳形成礦物質(zhì)。
然而，由于適合碳礦化的巖石在地下的儲(chǔ)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于暴露在地表之上的，因此通過(guò)地下注入方式實(shí)現(xiàn)的碳儲(chǔ)存總量高于將暴露地表的方式。
也許，這種方法的最佳實(shí)現(xiàn)場(chǎng)所是靠近排放二氧化碳的工業(yè)場(chǎng)所，這樣碳可以在進(jìn)入大氣之前被捕獲并立即在現(xiàn)場(chǎng)礦化。
碳礦化可形成的另一種碳酸鹽礦物：鐵白云石
碳成本比較
碳礦化只是地質(zhì)碳儲(chǔ)存的一種方法，在不同情況下選擇哪種方法取決于多種因素。然而，最重要的因素之一是儲(chǔ)存一單位碳的成本。
現(xiàn)階段，在沉積盆地中儲(chǔ)存碳是最具成本效益的方法。假設(shè)盆地中的壓力不會(huì)減少原本可用的儲(chǔ)存空間，儲(chǔ)存在含鹽的沉積儲(chǔ)層中每公噸二氧化碳的成本約為7-13美元。然而，不同沉積盆地的條件往往有很大的差別，需要對(duì)壓力和水進(jìn)行一些必要的控制，這可能會(huì)使每公噸二氧化碳的成本增加到20-80美元左右。
而地表碎石的碳礦化，如礦山尾礦或工業(yè)廢物，每公噸二氧化碳的成本約為8美元。然而，這種成本效益的前提是只限于本地范圍內(nèi)且具備已開采的材料。如果需要采礦，成本會(huì)大幅增加。
根據(jù)少數(shù)
試點(diǎn)項(xiàng)目的有限結(jié)果，將二氧化碳注入深層地下玄武巖的碳礦化成本約為每公噸二氧化碳30美元。而在超鎂鐵巖層中進(jìn)行碳儲(chǔ)存的成本還尚未估算。
成本效益分析表明，碳礦化最有效的方式也許是作為沉積儲(chǔ)層碳儲(chǔ)存的一種補(bǔ)充。
美國(guó)地表和地下碳礦化潛力圖
風(fēng)險(xiǎn)
只要是工業(yè)過(guò)程就存在潛在的風(fēng)險(xiǎn)，上面提到的碳礦化方法也不例外。影響最大的可能就是通過(guò)向地下注入二氧化碳而引發(fā)地震的可能性。這種潛在危險(xiǎn)主要取決于現(xiàn)有斷層之間的相互作用，以及注入二氧化碳后會(huì)改變巖層中的原有壓力水平。
其他在環(huán)境方面的危害包括，對(duì)地下和地表生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生負(fù)面影響。此外，碳礦化的過(guò)程還會(huì)耗費(fèi)大量的水資源。未來(lái)的研究將繼續(xù)填補(bǔ)潛在環(huán)境問(wèn)題以及礦化資源潛力的空白。
未來(lái)的研究會(huì)繼續(xù)致力于解決潛在環(huán)境問(wèn)題，并開發(fā)碳礦化資源潛力。
菱鎂礦，一種碳礦物，可以由碳礦化產(chǎn)生。
結(jié)語(yǔ)
正如有許多的
碳排放源一樣，碳存儲(chǔ)的潛在方法也有很多。這些方法在適用范圍上有所不同，從小范圍的某個(gè)地點(diǎn)到大范圍的區(qū)域間。
碳礦化是一種在特定地區(qū)具有巨大潛力的方法。此外，我們?cè)谌珖?guó)各地?fù)碛匈Y源，可以根據(jù)不同情況實(shí)現(xiàn)礦化。
溫室氣體排放及其影響將繼續(xù)對(duì)我們的地球構(gòu)成巨大挑戰(zhàn)。但是，像碳礦化這樣的研究為我們展示了一種應(yīng)對(duì)此挑戰(zhàn)的最佳方式。
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