在应对气候变化的多重策略中,二氧化碳捕集与封存(CCS/CCUS)扮演着重要角色。2025年4月30日,欧盟向冰岛公司Carbfix授予首张陆上地质二氧化碳封存许可证,这一里程碑意义不仅在于法律上的突破,更在于一种仿生技术将被证明能把捕集来的CO2在数年内转化为稳定矿物,从而实现真正的永久封存。位于Hellisheiði地热电站的试点项目展示了把"气体变石头"的概念从实验室带入规模化应用的可行性,对欧洲乃至全球的碳管理路线图具有重要参考价值。 Carbfix的核心思想来源于自然界长期的碳循环:大气中二氧化碳随雨水溶解,形成弱酸性水流入地下,溶解地层中的矿物后生成碳酸盐矿物并长期固存碳。技术的创新在于加速这一过程。Carbfix将从地热厂、工业设施甚至直接空气捕集(DAC)装置分离出的CO2首先溶解于大量水中,制成高浓度的"碳酸化水",再注入距地表数百至上千米的孔隙玄武岩层。
玄武岩含丰富的钙镁铁等碱土金属,这些元素与溶解的CO2反应形成碳酸盐矿物,通常在数个月到两年内即可观测到显著的矿化产物,远快于天然地质作用所需的数千至数万年。 与传统向深部盐岩或废油气田注入高压二氧化碳气体的方法不同,先将CO2溶解于水能显著降低泄漏风险。气相CO2在地层裂隙中流动和上升的可能性被抑制,且矿化生成的碳酸盐固体本质上消除了长期迁移的担忧。这种"化学封存"的实质是将温室气体转化为地质材料的一部分,兼具安全性与永久性两大优点,也为应对难以减排的重工业排放提供了新的路径。 Carbfix的实践起步于2007年,经过欧盟资助的研究项目与多次现场试验,技术不断成熟。早期试验在Hellisheiði成功实现了CO2矿化的实证。
到目前为止,Carbfix已封存超过十万吨CO2,并与瑞士的Climeworks合作,成为首批将直接空气捕集的CO2注入地下并实现矿化封存的团队之一。公司计划通过新获得的许可将年封存量提升至约十万吨,并以Coda Terminal为枢纽,从2029年开始接收并储存来自北欧乃至更广区域工业设施输送的CO2,目标在2032年前把年封存能力逐步扩大到三百万吨级别。 技术优势并非没有挑战。天然玄武岩广泛分布但并非无处可用。全球约五百万平方公里的陆地和几乎整个海底覆盖玄武岩,但实际可接近、可注入并且地质条件适配的区域受到地下流体条件、孔隙度、渗透性和地面基础设施的限制。因此,在评估潜在封存地点时,必须进行详尽的地球物理和地球化学勘测,确定地层连通性、注入压力阈值以及矿化速度的可预测性。
另一个核心研发方向是海水注入。利用海水作为注入介质在理论上极具吸引力,因为沿海或岛屿地区的玄武岩资源与海水供应充足,省去了淡水大量消耗的环境和成本问题。Carbfix在CarbFix2阶段已开始试验将CO2溶于海水后注入海床下的玄武岩。然而,海水中的高盐度和复杂离子组合对反应动力学、沉淀行为以及注入系统的腐蚀性构成挑战。必须解决盐基络合、碳酸盐沉淀速率变化和注入设备耐盐问题,才能在海上大规模复制陆上成功经验。 从经济层面看,矿化封存的成本与传统压注方法相比具有多重构成:捕集成本、气体溶解与运输成本、注入和监测运维成本。
当前直接空气捕集的单位成本仍较高,将其与矿化封存结合需要规模化和技术进步以降低平准成本。Carbfix通过与工业排放源和地热能源联动,尽量利用低成本或本地可用的热能、水源与基础设施,减少总体能耗。未来若要实现每年数百万乃至数千万吨级别的封存,需建立跨国的运输网络、注入枢纽(如Coda Terminal)与长期运行的监管与财务机制。碳价、政府补贴与企业减排承诺将直接影响商业可行性。 监管与法律框架也是推广的关键。欧盟自2009年起已有海上地质封存的法律构架,但对陆上封存的规范较少。
Hellisheiði的许可标志着政策层面开始向多元封存技术敞开。为了保护地下水资源与生态,监管机构要求详尽的环境影响评估、长期监测计划和责任认定机制。长期责任包括注入后地层的稳定性监测、可能泄漏的应急方案以及运营方在封存期后的法律义务。透明的数据公开与第三方监督则有助于提升公众信任,减少地方社区的反对情绪。 社区接受度不可忽视。地热地区居民可能对新增的注入项目持谨慎态度,担心地震诱发、地下水污染或土地使用冲突。
Carbfix在当地通过科学公开、公众咨询与可视化监测数据分享取得了较高的信任度。公司强调注入压力被严格控制,地表活动风险低,且矿化过程减少了长期迁移风险。类似的社区参与机制、赔偿与利益共享模式将在未来项目推广中发挥重要作用。 从全球视角看,玄武岩固碳在特定国家和地区呈现巨大潜力。冰岛的整套地热-碳捕集-固碳产业链是典型范例,理论上能实现本国甚至更广范围的碳封存需求。日本拥有广泛的火山岩地壳,据估算潜在封存容量可达数十到数百吉吨量级,但实际可利用容量受地形、人口密度与基础设施限制。
跨国合作、技术转移与融资支持将有助于把这种仿生固碳技术扩展到更多地区。 与其他碳封存或碳利用路径相比,玄武岩矿化强调永久性和安全性。生物封存与短周期碳利用(如生物能源与碳捕集后结合)存在一定的反复释放风险,而矿化形成的碳酸盐在地质时间尺度上更为稳定。然而,矿化路径并不能替代基于减排的优先策略。低碳转型仍应以减少化石燃料使用和提高能效为主;矿化封存应作为应对难以消减排放、实现负排放目标的重要补充手段。 科学界和工业界在未来的研发重点应集中于提高矿化速率的可预测性、优化注入策略减少水耗、开发经济高效的海水注入系统以及提升监测技术的灵敏度。
地球化学数值模拟、现场同位素示踪与实时流体化学分析将是理解反应机制和规模放大效应的关键工具。同时,建设区域性封存枢纽能够共享基础设施,降低边际成本并提高运维效率。 社会与政策层面需要建立长期责任与激励机制,包括明确注入后产权和责任、制定封存信用的核算规范以及把矿化封存纳入国家与企业的减排和碳中和路径图。金融创新如碳信用交易、绿色债券和公私合营模式也将为大规模部署提供资金保障。对发展中国家而言,技术援助与能力建设将帮助把矿化封存作为适应全球减排目标的选项之一,而不单成为发达国家的专利。 展望未来,玄武岩矿化技术若能解决海水注入和规模化成本问题,将成为全球碳治理工具箱中的重要分支。
Carbfix与合作伙伴的实践已经证明了技术可行性,欧盟的陆上许可提供了政策先例,而Coda Terminal之类的枢纽模式展示了产业化方向。对于希望实现碳中和或负排放目标的国家和企业来说,把仿生矿化与现有工业排放治理、再生能源和碳市场机制有机结合,将显著提升净排放治理的可行性与持久性。 无论是在冰岛的玄武岩腹地,还是在世界其他火山岩分布的地区,'把碳变成石头'的愿景正在从科学设想转化为可操作的工业实践。面对气候变化的紧迫性,既要坚定推进减排,也要理性评估并部署可靠的碳封存技术。玄武岩矿化作为一种兼顾安全、永久与可扩展性的技术路线,值得政策制定者、投资者和技术开发者持续关注与支持。未来十年将是从试点到规模化的关键期,结果将决定该技术在全球碳中和进程中的最终地位。
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