本文源自微信公眾號“生態(tài)學(xué)時空”，作者為復(fù)旦趙斌，原標(biāo)題是《將二氧化碳轉(zhuǎn)化為巖石封存地下：地球降溫的創(chuàng)新技術(shù)，真的可行嗎？| 一起讀頂刊-2026》

我們?nèi)粘ｉ_車、使用空調(diào)、點外賣所產(chǎn)生的二氧化碳，最終都去往了何處？

答案是大部分都飄散至大氣中，為地球披上了一層日益增厚的“保溫被”，致使夏季愈發(fā)炎熱、極端天氣愈發(fā)頻繁。植樹造林雖能吸收部分二氧化碳，但全球每年排放的數(shù)百億噸二氧化碳，僅靠森林遠遠無法消納。于是，科學(xué)家們想出了一個聽起來如同科幻電影情節(jié)的辦法：把這些二氧化碳收集起來，轉(zhuǎn)化為巖石，永久封存于地下。

這項看似異想天開的技術(shù)，如今正從實驗室逐步推向?qū)嶋H工業(yè)場景，同時也暴露出了各種優(yōu)勢與局限。

將二氧化碳封存地下，并非簡單挖個坑

我們常聽聞的“碳捕獲與封存（CCS）”，簡單來說就是把工廠、電廠排放的二氧化碳“捕捉”住，防止其進入大氣，再尋找安全的地方進行永久“封存”。當(dāng)前主流的封存方式有兩種，但都存在致命缺陷。

第一種是“超臨界CO?封存”。在高壓環(huán)境下，二氧化碳會轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N兼具液體和氣體特性的特殊狀態(tài)，密度高且流動性強，可直接注入地下深處的巖層。然而，它存在一個致命問題：比地下水輕，會像水中的氣泡一樣不斷上浮，因此封存區(qū)域頂部必須有一層密不透水的巖石“蓋子”，否則二氧化碳就會泄漏回大氣，之前的努力將前功盡棄。而且一旦發(fā)生地震，泄漏風(fēng)險會更高。

第二種是更為安全的“礦物碳封存”。簡而言之，就是先讓二氧化碳溶于水形成弱碳酸，再注入地下的火山巖中——這類巖石富含鈣、鎂元素，遇到碳酸會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，最終形成穩(wěn)定的碳酸鹽礦物，也就是我們常見的石灰?guī)r、大理石的主要成分。一旦轉(zhuǎn)化為巖石，二氧化碳就再也無法逃逸，是目前最永久、最安全的封存方式。

通過上面這張圖，能直觀了解這項技術(shù)傳統(tǒng)工藝與最新突破的核心差異：

• 圖中左側(cè)的a圖，是此前冰島CarbFix項目采用的傳統(tǒng)單井注入工藝：通過一口注入井，將溶滿二氧化碳的水注入地下多孔的火山巖中，酸性的水會溶解巖石、釋放鈣鎂離子，與二氧化碳反應(yīng)生成固態(tài)的碳酸鹽礦物，從而將碳永久封存于地下。但用過的水會直接分散在巖層縫隙中，無法回收，封存1噸二氧化碳需消耗20 - 50噸水，這對水資源豐富的冰島不成問題，但在全球絕大多數(shù)干旱、半干旱地區(qū)，根本無法實施——要知道，全球許多石油煉化、重工業(yè)等高排放企業(yè)，恰恰集中在中東、北非等缺水地區(qū)。

  
  

• 圖中右側(cè)的b圖，是此次沙特團隊研發(fā)的水循環(huán)新工藝，也是這項研究最核心的創(chuàng)新，直接解決了“耗水”這一關(guān)鍵難題。

  
  

  
  

沙漠中的突破：循環(huán)水實現(xiàn)二氧化碳“零額外耗水”轉(zhuǎn)化為巖石

此次沙特阿拉伯的工業(yè)級試點，將圖b的設(shè)計變?yōu)楝F(xiàn)實，徹底改變了礦物碳封存的用水模式。

科學(xué)家們在沙特西部吉贊地區(qū)的沙漠里，找到了一片形成于2100 - 3000萬年前的火山玄武巖地層，鉆了5口深度在100 - 1000米的井，最終選定兩口相距130米的井，完美復(fù)刻了圖中的閉環(huán)水循環(huán)系統(tǒng)：

• 一口是注入井，對應(yīng)圖中左側(cè)的井筒，將混有二氧化碳的水注入地下玄武巖層；

  
  

  
  

• 另一口是生產(chǎn)井，對應(yīng)圖中右側(cè)的井筒，把地下巖層中反應(yīng)完畢、脫去二氧化碳的“貧碳水”抽取上來；

  
  

  
  

• 抽取上來的水通過地面管道重新混入新的二氧化碳，再打回注入井，全程形成閉環(huán)循環(huán)，幾乎無需額外補充水。

  
  

  
  

為確保二氧化碳完全溶于水，避免變成氣泡上浮泄漏，科學(xué)家們還在注入井中安裝了專門的氣體分布器，在地下150米處就將二氧化碳打成細泡，使其在到達巖層前完全融入水中。溶有二氧化碳的水比普通地下水密度更高，會順著巖層裂縫向下滲透，完全沒有上浮泄漏的風(fēng)險，與傳統(tǒng)工藝相比，安全性更上一層樓。

最終的實驗結(jié)果超出預(yù)期：在一個多月的時間里，團隊累計向地下注入了131噸二氧化碳，持續(xù)水循環(huán)10個月后，70%的注入二氧化碳都與玄武巖發(fā)生反應(yīng)，轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的碳酸鹽巖石，永久封存于地下。從生產(chǎn)井抽取回來的水中，二氧化碳含量比注入時降低了90%，全程沒有額外消耗地下水，完美適應(yīng)了干旱地區(qū)的需求。

更關(guān)鍵的是，這套技術(shù)的能耗遠低于傳統(tǒng)封存：傳統(tǒng)封存需要將二氧化碳加壓至上百個大氣壓，而這套技術(shù)僅需12 - 14個大氣壓，能耗大幅降低，商業(yè)化門檻也隨之降低。

除了封存地下，為地球“降碳”還有這些方法

將二氧化碳轉(zhuǎn)化為巖石封存地下，只是全球“碳移除”技術(shù)中的一種。面對全球變暖的危機，科學(xué)家們還在探索更多能從大氣中“捕獲”二氧化碳的方法，各有優(yōu)勢，也各有難題。

第一種是大家較為熟悉的直接空氣捕碳。簡單來說，就是建造大型工廠，利用特殊化學(xué)材料將空氣中的二氧化碳“吸附”出來，再進行提純封存。目前全球最大的直接空氣捕碳工廠建在冰島，美國得克薩斯州也在建設(shè)年捕集50萬噸二氧化碳的超大型工廠。但它的致命缺陷是成本過高，目前每噸二氧化碳的捕集成本為600 - 1000美元，是歐盟碳市場價格的10倍，難以大規(guī)模推廣。

第二種是海洋增匯。海洋本身是地球最大的碳匯，科學(xué)家們想辦法提高海水吸收二氧化碳的能力，比如向海里投放堿性物質(zhì)，中和海水酸度，使其能從大氣中吸收更多二氧化碳。美國正在推進的LOC - NESS實驗，計劃向大西洋投放50噸氫氧化鈉，測試海洋增匯的效果。這種方法成本比直接空氣捕碳低，但難點在于難以精準(zhǔn)量化吸收量，也無法確定大規(guī)模投放是否會破壞海洋生態(tài)。

第三種是陸地生態(tài)增匯。除了植樹造林，科學(xué)家們還在探索更高效的方法：比如將農(nóng)作物秸稈、林業(yè)廢料制成“生物炭”，混入土壤中，既能改良土壤，又能將碳封存于土壤中數(shù)百年；還有將玄武巖磨成粉撒在農(nóng)田里，讓其在自然環(huán)境中與雨水、二氧化碳反應(yīng)，慢慢固定碳。這種方法最貼近實際，成本也低，但見效慢，難以快速消化大量碳排放。

理想很美好，現(xiàn)實很殘酷

有這么多技術(shù)，是不是我們就可以放心排放，依靠這些技術(shù)為地球“兜底”呢？

答案是否定的。一系列研究表明，這些碳移除技術(shù)并非我們可以隨意排放的“免罪符”，其發(fā)展上限遠低于我們的預(yù)期。

首先是地下封存的容量限制。過去許多研究稱，地球地下能封存1萬 - 4萬億噸二氧化碳，看似綽綽有余。但最新的嚴(yán)謹(jǐn)測算顯示，如果考慮地震泄漏風(fēng)險、政治地緣限制、實際可操作性等因素，全球可安全使用的封存容量僅為1460億噸二氧化碳。這個數(shù)字看似龐大，但按照全球每年300多億噸的碳排放速度，幾十年就會耗盡；即便僅用于大氣碳移除，最早到2200年也會達到極限。

更嚴(yán)峻的是規(guī)模差距。目前全球所有碳封存項目加起來，每年僅能封存4900萬噸二氧化碳，而要實現(xiàn)《巴黎協(xié)定》1.5℃的溫控目標(biāo)，到2050年，每年需要封存87億噸二氧化碳——相當(dāng)于要將現(xiàn)有規(guī)模擴大175倍，難度可想而知。

還有無法回避的全球公平問題。測算顯示，印尼、巴西、非洲部分國家擁有全球最優(yōu)質(zhì)、最安全的封存容量，但這些國家歷史碳排放極少；而歐美、中東等高排放國家，要么封存容量不足，要么缺水、地質(zhì)條件不適宜。最終很可能出現(xiàn)“排放多的國家沒有地方封存，有地方封存的國家排放少”的局面，加劇全球氣候治理的不公平性。

參考文獻：

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