精确地观察二氧化碳减排过程

像这样的玄武岩可以捕获二氧化碳气体并将其转化为惰性矿物。来自圣路易斯华盛顿大学的科学家的最新研究显示了这一过程发生的速度。

当化石燃料燃烧时，二氧化碳(CO2)就会释放出来。当气体上升并被困在大气中时，它会保留热量，作为温室效应过程的一部分。与温室效应相关的温度升高会导致冰盖融化、海平面上升以及动植物物种自然栖息地的丧失。

试图减轻二氧化碳影响的环境科学家们已经尝试将其注入地下深处，在那里它被困住了。这些试验主要发生在砂岩含水层中，然而，注入的二氧化碳主要存在于一个气泡中，如果在盖层中有裂缝，就会返回到表面。使用玄武岩流作为注射部位的另一种方法——主要是在冰岛和华盛顿州的碳固定场所——已经产生了引人注目的效果。玄武岩中的金属有能力在几个月内将二氧化碳转化为固体惰性矿物。虽然新方法有望实现，但地下注射可能不精确，难以追踪和测量。

现在，华盛顿大学圣路易斯分校的科学家们的一项新研究揭示了二氧化碳被注入玄武岩时地下发生的情况，这正好说明了火山岩作为二氧化碳排放的消减剂是多么有效。这项研究由美国工程与应用科学学院环境工程学院的Walter E. Browne教授领导，他与太平洋西北国家实验室的研究人员和华盛顿大学的地球和行星科学副教授Philip Skemer进行了合作。

“在现场，你将二氧化碳注入，这是一个非常开放的系统，”Giammar说。“就容量估计而言，你无法得到一个好的约束。你知道你从二氧化碳中制造了一些碳酸盐，但是你不知道有多少。在实验室里，我们有明确的界限

为了获得更清晰、更可量化的观察玄武岩中的碳捕获率，Giammar收集了华盛顿州的岩石样本，此前研究人员曾将一千吨二氧化碳气体深入地下，注入玄武岩流中。他把这些岩石放在类似慢煮器的小型反应堆中模拟地下条件，然后注入二氧化碳来测试碳化过程中所涉及的变量。

“我们的反应是在类似的压力和温度条件下，他们在这个领域，除了我们所有的在一个小密封的容器，”Giammar说。“所以我们知道二氧化碳排放了多少，我们知道它到底去了哪里。”我们可以看一下整块岩石，看看这块岩石中形成了多少碳酸盐。”

实验室将玄武岩保存在加压装置中，然后使用三维成像技术分析它们在6周、20周和40周内的孔隙空间。当二氧化碳析出到矿物中，在玄武岩中填满了确切的空隙，以及碳化过程开始的岩石中精确的位置，他们就能时刻观察着。

一旦收集和分析了所有的数据，贾马尔和他的团队预测，在一立方米的玄武岩中，可以将47公斤的二氧化碳转化成矿物。这个估计现在可以用来作为一个基准来扩大，量化多少二氧化碳可以有效地转化在整个玄武岩流区域。

“人们已经对可用的玄武岩流做了调查，”Giammar说。“这些数据将帮助我们确定哪些人能够接受二氧化碳注入他们体内，然后帮助我们确定容量。”它是大的。美国的二氧化碳排放量已经很多年了。

Giammar的实验室目前正与密歇根大学的同事分享其研究成果，他们将协助开发一种计算模型，以进一步帮助研究人员寻找二氧化碳减排的固定方法。华盛顿大学的研究人员也被邀请参加美国能源部的碳储存保证设施企业的第二阶段，该公司负责研究二氧化碳减排的新技术。