Минерализация CO2 в недрах путем совместной закачки с циркулирующей водой

Превращение климатической проблемы в подземную породу

Сжигание ископаемого топлива выбрасывает в атмосферу огромные объемы диоксида углерода (CO2), вызывая изменение климата. Одним из перспективных способов борьбы с этой проблемой является надежное хранение CO2 под землей на тысячи лет. В этом исследовании показано, как инженеры в засушливой западной части Саудовской Аравии превратили местную вулканическую породу в гигантскую природную губку для CO2, практически не используя пресную поверхностную воду. Их подход указывает на практический путь снижения выбросов в сухих регионах, где расположены некоторые из крупнейших промышленных источников загрязнения в мире.

Хранить углерод в виде камня, а не газа

Во многих современных проектах по хранению углерода сжатый CO2 закачивают в глубокие подземные горизонты, запертые под непроницаемыми слоями породы. Однако в некоторых регионах такие естественные «крышки» отсутствуют, и CO2 может просочиться обратно на поверхность. Альтернатива — превратить CO2 в твердые минералы внутри реакционноспособных пород, таких как базальт, темная вулканическая порода, богатая металлами — кальцием, магнием и железом. Когда CO2 растворяется в воде и течет через базальт, он может реагировать с породой и образовывать стабильные карбонатные минералы — по сути искусственный известняк и родственные ему породы. До сих пор этот подход ограничивался огромной потребностью в воде, что является серьезным препятствием в пустынях.

Использование самих подземных вод в качестве рабочего флюида

Пилотный проект, расположенный рядом с экономическим комплексом Джизан на побережье Красного моря в Саудовской Аравии, пробурил кластер скважин в толстую толщу базальта возрастом 21–30 миллионов лет. Две скважины, расположенные примерно в 130 метрах друг от друга, использовались как парная система: одна для подъема подземной воды, другая — для закачки ее обратно после добавления CO2. Внутри нагнетательной скважины чистый CO2 пузырился в проточной воде на глубине, полностью растворяясь и образуя прохладную, плотную, слегка кислую воду, обогащенную CO2, которая не поднималась бы к поверхности вследствие плавучести. Та же подземная вода непрерывно рециркулировала между двумя скважинами, устраняя необходимость привозить внешнюю воду и снижая нарастание давления в породе.

Отслеживание воды и наблюдение за образованием новых минералов

После начала непрерывной закачки CO2 команда внимательно отслеживала, как меняется циркулирующая вода в процессе прохождения через трещиноватый базальт. Они контролировали кислотность, содержание углерода и растворенные элементы, такие как кальций, магний, кремний и железо, а также добавили два безопасных химических трассера, чтобы проследить пути флюида. По мере распространения насыщенной CO2 воды под землей в ней накапливались эти элементы, происходящие из породы, что свидетельствовало о растворении базальта и высвобождении «строительных блоков» для новых минералов. Со временем растворенное содержание углерода в отобранной воде сначала повышалось, а затем устойчиво снижалось, тогда как химия указывала на насыщение и начало выпадения в осадок карбонатных минералов, таких как кальцит, анкерит и сидерит, в трещинах породы.

Измерение количества углерода, превращенного в камень

Чтобы выйти за рамки косвенных выводов, исследователи использовали трассеры, чтобы оценить, какими были бы уровни растворенного углерода, если бы реакции не происходили. Сравнение этой «безреакционной» исходной линии с фактическими измерениями выявило нарастающий дефицит углерода в воде, то есть он фиксировался в виде новых твердых фаз. Два независимых трассера — натриевая флюоресцеин и гексафторид серы — дали согласующиеся результаты: примерно через десять месяцев после начала закачки приблизительно 70 процентов из 131 тонны CO2, нагнетавшегося в пласт, было преобразовано в твердые минералы. Физические свидетельства — извлеченный из скважины насос, покрытый и забитый свежими карбонатными кристаллами — дополнительно подтвердили, что закачанный CO2 действительно превратился в камень.

Что это значит для будущих климатических решений

Доказав, что рециркулирующая подземная вода может переносить и минерализовать большие количества CO2 в трещиноватом базальте, этот проект предлагает модель хранения углерода для сухих регионов, лишенных традиционных подземных ловушек. Метод требует меньше энергии, чем традиционная закачка CO2 под высоким давлением, поскольку растворенный CO2 продвигается в основном за счет силы тяжести, а не мощных насосов, и он избегает острой конкуренции за редкие поверхностные водные ресурсы. Хотя остаются вопросы о долгосрочной емкости и ограничениях пространства в породе, пилот в Джизане показывает, что превращение CO2 в подземный камень — это не просто лабораторный трюк: метод может работать в промышленном масштабе, даже в пустынях, тесно связанных с экономикой ископаемого топлива.

Цитирование: Oelkers, E.H., Arkadakskiy, S., Ahmed, Z. et al. CO₂ subsurface mineral storage by its co-injection with recirculating water. Nature 651, 954–958 (2026). https://doi.org/10.1038/s41586-026-10130-5

Ключевые слова: карбонизация минералов, хранение в базальте, ловля и хранение углерода, Саудовская Аравия, рециркуляция CO2 в недрах