把CO2变成石头

冰岛的试验场地将地热发电厂的气体抽到地下,并通过与玄武岩石块反应转化成矿物质。 Juerg Matter,作者提供

我们真的需要做一些有关CO2排放的事情。 除了转向可再生能源和提高能源效率之外,我们还需要开始放置一些CO2,然后才能到达大气层。 也许人为引起的气候变化的影响将非常严重,我们甚至可能需要从空气中捕获CO2,并将其转化为有用的产品,如塑料材料或放置在安全的地方。

来自包括我在内的几个欧洲国家和美国的一群科学家在冰岛中间相遇,想出如何安全地将CO2放在地下。 在最近 发表的研究我们已经证明,在我们在冰岛的试点试验场地下注入CO2两年后,几乎所有这些都已经转化为矿物。

矿化

冰岛是一个非常绿色的国家, 几乎所有的电力都来自可再生能源,包括 地热能。 地表下岩石的热水被转换成蒸汽,驱动涡轮机进入 发电。 然而,那里的地热发电厂确实排放了CO2(远远低于同类燃煤发电厂),因为来自运行涡轮机的深井的热蒸汽也含有CO2,有时还含有硫化氢(H2S)。 这些气体通常会被释放到空气中。

还有另一个地方可以放这些气体吗?

常规 碳螯合 将CO2沉积到深部咸水含水层或贫化的石油和天然气储层中。 CO2在非常高的压力下被泵入这些地层,并且由于它们已经持续了数百万年的气体和流体,CO2泄漏的可能性很小,很多 研究 显示。

在像冰岛这样的日常地震破坏火山岩(玄武岩)的地方,这种做法是行不通的。 CO2可能会通过裂缝起泡并泄漏到大气中。

然而,玄武岩还有一个很大的优势:它与CO2反应并将其转化为碳酸盐矿物。 这些碳酸盐自然形成,可以在玄武岩中发现白点。 这些反应也在实验室实验中得到证实。


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将CO2溶于水中

对于第一个测试,我们使用纯净的CO2,并通过管道将其泵入一个现有的井中,该井在大约1,700英尺的深度处挖出含有淡水的含水层。 六个月后,我们从发电厂的涡轮机注入了CO2和硫化氢的混合物。 通过一根独立的管道,我们也将水泵入井中。

在井中,我们通过喷射器释放了CO2,这是一种将气体引入类似于水族箱中的泡沫石的液体中的装置。 由于深度的高压,CO2在水中几分钟就完全溶解。 那混合物然后进入含水层。

我们还添加了微量的示踪剂(气体和溶解物质),使我们能够区分注入的水和CO2与含水层中已有的。 然后溶解在水中的CO2被慢慢流动的地下水带走。

在下游,我们安装了监测井,使我们能够收集样本来了解CO2发生了什么。 最初,我们看到一些CO2和示踪剂通过。 然而,几个月后,示踪剂一直到达,但注射的CO2很少出现。

它去了哪里? 我们的监控水泵定期停止工作,当我们把它带到水面时,我们注意到它被白色的水晶所覆盖。 我们分析了晶体,发现它们含有一些我们添加的示踪剂,最重要的是,它们主要是碳酸盐矿物质! 我们把CO2变成了石头。

溶解在水中的CO2已经与含水层中的玄武岩发生反应,并且超过95%的CO2以固体碳酸盐矿物的形式沉淀出来 - 在不到两年的时间里,这一切发生得比预期的要快得多。

co2石头6 12这是放CO2最安全的方法。 通过将其溶解在水中,我们已经防止了CO2气体通过岩石中的裂缝向表面鼓泡。 最后,我们把它转换成在自然条件下不能移动或溶解的石头。

这种方法的一个缺点是水需要和CO2一起注入。 然而,由于CO2从矿物形式的水中非常迅速地除去,所以这种水可以被泵送回地下游并在注射部位重新使用。

它会在别处工作吗?

我们是一个小规模的试点研究,问题是这些反应是否会持续到未来,或地下玄武岩石的孔隙和裂缝最终会阻塞,不再能够将CO2转化为碳酸盐。

我们的冰岛 地热发电厂 自从我们的实验开始使用不同的附近地点以来,多年来已多次注入气体。 目前还没有遇到堵塞,计划几乎将所有的废气注入玄武岩。 这个过程还可以防止有毒和腐蚀性气体硫化氢进入大气,由于其特有的臭鸡蛋味,目前在电厂附近还可以检测到较低的含量。

在冰岛发现的非常活泼的岩石在地球上相当普遍; 关于10大陆的百分之几和几乎所有的洋底都是由玄武岩制成的。 换句话说,这种技术不仅限于地热发电厂的排放,还可以用于其他CO2来源,如化石燃料发电厂。

这个过程的商业可行性仍然需要在不同的地点建立。 碳矿化增加了电厂运行的成本,因此,就像任何形式的碳封存一样,需要经济诱因使其可行。

人们喜欢住在靠近海岸的地方,许多发电厂都建在客户附近。 也许这种技术可以用来把CO2排放物排放到附近海上玄武岩地层的沿海地区。 当然,与CO2共同注入的水也不会缺少。

如果由于低估了气候变化造成的破坏性影响,如果我们被迫降低大气CO2水平,我们也许可以在海洋平台上使用风能或太阳能设备从空气中捕获CO2,然后将CO2注入玄武岩层下。

如冰岛所示,碳矿化可能是我们碳问题解决方案的一部分。

谈话关于作者

stute martin哥伦比亚大学环境科学教授Martin Stute。 他在海德堡大学的论文研究课题集中于研究地下水流动力学的新型示踪技术,以及利用地下水作为古气候档案。

这篇文章最初发表于 谈话。 阅读 原创文章.

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