將CO2變成石頭

冰島的試驗場,地熱發電廠的氣體被泵入地下,並通過與玄武岩石反應轉化為礦物。 Juerg Matter,作者提供

我們非常需要對CO2排放做些什麼。 除了轉向可再生能源和提高能源效率外,我們還需要在到達大氣層之前開始放置一些CO2。 也許人類引起的氣候變化的影響將非常嚴重,我們甚至可能必須從空氣中捕獲CO2並將其轉化為有用的產品,如塑料材料或將其置於安全的地方。

來自歐洲幾個國家和美國的一群科學家,包括我在冰島的中間相遇,想出如何安全地將CO2放在地下。 在最近 已發表的研究,我們證明了在我們在冰島的試驗場測試地下注入CO2兩年後,幾乎所有這些都被轉化為礦物質。

礦化

冰島是一個非常綠色的國家; 幾乎所有的電力都來自可再生能源,包括 地熱能。 來自地表下方岩石的熱水轉化為蒸汽,驅動渦輪機進入 發電。 然而,那裡的地熱發電廠確實排放CO2(遠遠低於類似的燃煤發電廠),因為來自運行渦輪機的深井的熱蒸汽也含有CO2,有時還含有硫化氫(H2S)。 這些氣體通常只會釋放到空氣中。

還有另一個地方可以放這些氣體嗎?

常規 碳匯 將CO2沉積到深鹽水含水層或貧化石油和天然氣儲層中。 CO2在非常高的壓力下泵入這些地層,由於它們已經存在數百萬年的氣體和流體,因此CO2洩漏的可能性微乎其微 研究 顯示。

在像冰島這樣的地方,每天的地震會破壞火山岩(玄武岩),這種方法是行不通的。 CO2可以通過裂縫冒泡並洩漏回大氣中。

然而,玄武岩也有很大的優勢:它與CO2反應並將其轉化為碳酸鹽礦物質。 這些碳酸鹽天然形成,可以在玄武岩中找到白點。 這些反應也已在實驗室實驗中得到證實。


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將CO2溶解在水中

對於第一次測試,我們使用純CO2並將其通過管道泵入現有的井中,該井在含有大約1,700英尺深度的淡水的含水層中開採。 六個月後,我們從發電廠的渦輪機中註入了CO2和硫化氫的混合物。 通過單獨的管道,我們也將水泵入井中。

在井中,我們通過分佈器釋放CO2 - 一種將氣體引入水族箱中類似於泡泡石的液體的裝置 - 進入水中。 由於深度處的高壓,CO2在水中在幾分鐘內完全溶解。 然後混合物進入含水層。

我們還添加了少量的示踪劑(氣體和溶解物質),使我們能夠將注入的水和CO2與已經存在於含水層中的水區分開來。 然後,溶解在水中的CO2被緩慢流動的地下水帶走。

在下游,我們安裝了監測井,使我們能夠收集樣品以弄清楚CO2發生了什麼。 最初,我們看到了一些CO2和示踪劑。 然而,幾個月後,示踪劑一直到達,但注入的CO2很少出現。

它去哪兒了? 我們在監測井中的泵定期停止工作,當我們把它帶到地面時,我們注意到它被白色晶體覆蓋。 我們對晶體進行了分析,發現它們含有一些我們添加的示踪劑,最重要的是,它們主要是碳酸鹽礦物! 我們把CO2變成了岩石。

溶解在水中的CO2與含水層中的玄武岩發生反應,超過95%的CO2沉澱出固體碳酸鹽礦物 - 在不到兩年的時間裡,這一切發生得比預期的要快得多。

co2石頭6 12這是放置CO2的最安全的方法。 通過將其溶解在水中,我們已經防止CO2氣體通過岩石中的裂縫向表面鼓起。 最後,我們將其轉化為在自然條件下無法移動或溶解的石頭。

這種方法的一個缺點是水需要與CO2一起注入。 然而,由於從礦物形式的水中非常快速地除去CO2,這種水可以從下游泵出地面並在註入部位重新使用。

它會在別處運作嗎?

我們是一項小規模的試點研究,問題是這些反應是否會持續到未來,否則地下玄武岩中的孔隙和裂縫最終會堵塞,不再能夠將CO2轉化為碳酸鹽。

我們的冰島 地熱發電廠 自從我們的實驗開始使用不同的附近位置以來,已經多次增加了注入的氣體量。 尚未遇到堵塞,計劃很快將幾乎所有廢氣注入玄武岩。 該過程還將防止有毒和腐蝕性氣體硫化氫進入大氣,由於其特有的臭雞蛋氣味,目前仍可在發電廠附近的低水平檢測到。

在冰島發現的非常活躍的岩石在地球上很常見; 大約10百分之幾的大陸和幾乎所有的海底都是由玄武岩製成的。 換句話說,該技術不限於地熱發電廠的排放,也可以用於其他CO2源,例如化石燃料發電廠。

該過程的商業可行性仍然需要在不同的地方建立。 碳礦化增加了發電廠運營的成本,因此,與任何形式的碳封存一樣,這需要經濟激勵來使其可行。

人們喜歡住在海岸附近,並且在他們的客戶附近建造了許多發電廠。 也許這項技術可用於在鄰近的近海玄武岩地層的沿海地區排放CO2。 當然,與CO2共注射不會缺水。

如果我們未來因為低估氣候變化的破壞性影響而被迫降低大氣CO2水平,我們或許可以在海洋平台上使用風力或太陽能設備從空氣中捕獲CO2,然後將CO2注入玄武岩地層下。

如冰島所示,碳礦化可能是解決我們碳問題的一部分。

談話關於作者

馬丁Martin Stute,哥倫比亞大學環境科學教授。 他在海德堡大學的論文研究課題集中在研究地下水流動力學的新型示踪技術,以及地下水作為古氣候檔案的使用。

這篇文章最初發表於 談話。 閱讀 原創文章.

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