什么?岩石也能减少碳排放?

文章来源:地震三点通碳交易网2019-10-14 08:20

随着大气中二氧化碳量的增加,人们逐渐开始关注如何去除和存储二氧化碳。
 
2013年,美国地质勘探局发布了有史以来第一次全面的沉积盆地地质二氧化碳储存潜力评估。根据这项评估,美国可以存储多达3*1012公吨的二氧化碳。最近,USGS发表了对另一种地质碳储存的综合评估:碳矿化。
 
 
玄武岩是一种坚硬的黑色火山岩
 
——是我们希望通过矿化过程,实现碳储存的目标物质
 
 
 
碳矿化是什么?
 
碳矿化是二氧化碳变成固体矿物质的过程,例如碳酸盐。是当某些岩石暴露在二氧化碳中时就会发生的化学反应。碳矿化的最大优点是——碳不能逃逸回大气。
 
碳矿化是自然发生的,但这个过程可以人为地加速。大多数具有碳矿化潜力的岩石是岩浆岩或变质岩,而于此正相反的是沉积储层。
 
 
小贴士
 
地球上的岩石按照成因分类可以分为:沉积岩、变质岩和岩浆岩三大类。
 
沉积岩是由成层堆积的疏松沉积物经固结而成的岩石,包括砂岩、泥岩、页岩、石灰岩等。
 
变质岩是经变质作用形成的岩石。包括板岩、片岩、长英质粒岩、石英岩等。
 
岩浆岩又名火成岩,是地壳岩浆冷凝形成的岩石,主要包括花岗岩、辉长岩、玄武岩等。
 
沉积储层中的碳储量与碳矿化之间的主要区别在于,沉积储层中注入的二氧化碳会溶于深层含盐地下水中。然而在碳矿化中,在岩石中会产生化学反应形成新的碳酸盐矿物,从而防止了可能的碳逃逸。
 
地质碳矿化的过程主要分为两类:将二氧化碳注入地下深处的岩层,或是将二氧化碳直接暴露于地表的岩石碎片中,例如采矿遗留物。
 
 
蛇纹石样品,一种主要由蛇纹石矿物组成的岩石。作为一种超镁铁质岩石,蛇纹岩是碳矿化的可能目标之一。
 
方法一
 
将二氧化碳注入地下深处的岩层
 
这种碳矿化方法与沉积盆地的地质碳储存最相似。将二氧化碳注入深入地下的井中,形成具有碳矿化潜力的火成岩或变质岩层。
 
两种具有碳矿化潜力的主要岩石类型是:玄武岩和一大类称为“超镁铁质或超基性”岩石,这意味着它们具有极高的镁和铁含量。实验室研究表明,超镁铁岩的反应时间最快,前期实验证实,在玄武岩中注入二氧化碳可在两年内发生矿化。
 
 
碳酸盐矿物方解石,矿化碳可能产生的矿物质之一。
 
方法二
 
将二氧化碳直接暴露于地表的岩石碎片
 
让我们回到地表,考虑另一种碳矿化方法,即将二氧化碳暴露在地表的超镁铁质岩石或玄武岩中。这些岩石通常是碎石矿废料,如石棉尾矿。同时,石棉尾矿的碳矿化还具有额外好处——降低暴露的石棉可能造成的风险。
 
矿山废弃物的碳矿化可能比将二氧化碳注入地下岩层的碳矿化要快得多,原因是碎石上有更大的表面积可以使碳形成矿物质。
 
然而,由于适合碳矿化的岩石在地下的储量远远大于暴露在地表之上的,因此通过地下注入方式实现的碳储存总量高于将暴露地表的方式。
 
也许,这种方法的最佳实现场所是靠近排放二氧化碳的工业场所,这样碳可以在进入大气之前被捕获并立即在现场矿化。
 
 
碳矿化可形成的另一种碳酸盐矿物:铁白云石
 
 
 
碳成本比较
 
碳矿化只是地质碳储存的一种方法,在不同情况下选择哪种方法取决于多种因素。然而,最重要的因素之一是储存一单位碳的成本。
 
现阶段,在沉积盆地中储存碳是最具成本效益的方法。假设盆地中的压力不会减少原本可用的储存空间,储存在含盐的沉积储层中每公吨二氧化碳的成本约为7-13美元。然而,不同沉积盆地的条件往往有很大的差别,需要对压力和水进行一些必要的控制,这可能会使每公吨二氧化碳的成本增加到20-80美元左右。
 
而地表碎石的碳矿化,如矿山尾矿或工业废物,每公吨二氧化碳的成本约为8美元。然而,这种成本效益的前提是只限于本地范围内且具备已开采的材料。如果需要采矿,成本会大幅增加。
 
根据少数试点项目的有限结果,将二氧化碳注入深层地下玄武岩的碳矿化成本约为每公吨二氧化碳30美元。而在超镁铁岩层中进行碳储存的成本还尚未估算。
 
成本效益分析表明,碳矿化最有效的方式也许是作为沉积储层碳储存的一种补充。
 
 
美国地表和地下碳矿化潜力图
 
风险
 
只要是工业过程就存在潜在的风险,上面提到的碳矿化方法也不例外。影响最大的可能就是通过向地下注入二氧化碳而引发地震的可能性。这种潜在危险主要取决于现有断层之间的相互作用,以及注入二氧化碳后会改变岩层中的原有压力水平。
 
其他在环境方面的危害包括,对地下和地表生态系统产生负面影响。此外,碳矿化的过程还会耗费大量的水资源。未来的研究将继续填补潜在环境问题以及矿化资源潜力的空白。
 
未来的研究会继续致力于解决潜在环境问题,并开发碳矿化资源潜力。
 
 
菱镁矿,一种碳矿物,可以由碳矿化产生。
 
 
 
结语
 
正如有许多的碳排放源一样,碳存储的潜在方法也有很多。这些方法在适用范围上有所不同,从小范围的某个地点到大范围的区域间。
 
碳矿化是一种在特定地区具有巨大潜力的方法。此外,我们在全国各地拥有资源,可以根据不同情况实现矿化。
 
温室气体排放及其影响将继续对我们的地球构成巨大挑战。但是,像碳矿化这样的研究为我们展示了一种应对此挑战的最佳方式。

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