通过与循环地下水共注将CO2置换为地下矿物储存

把气候问题变成地下岩石

燃烧化石燃料向大气释放大量二氧化碳（CO2），推动气候变化。一种有前景的应对办法是将CO2安全封存于地下数千年。该研究展示了在干旱的沙特阿拉伯西部，工程师如何将一处局部的火山岩层转变为巨大的天然海绵以吸收CO2，几乎不使用地表淡水。他们的方法为在缺水地区、且拥有一些世界最大工业排放地的地区，提供了一条切实可行的减排途径。

把碳储存在石头里，而不是以气体形式

目前许多碳储存项目将压缩CO2注入深部地层，并被不透水岩层封闭。但在世界某些地区，这种天然“封盖”并不存在，存在CO2回漏到地表的风险。另一种做法是将CO2在反应性岩石中转化为固体矿物，典型的如富含钙、镁和铁等金属的深色火山岩——玄武岩。当CO2在水中溶解并流经玄武岩时，会发生反应形成稳定的碳酸盐矿物——本质上是人工石灰石及相关岩石。然而到目前为止，这一策略受到其巨大用水需求的制约，这在沙漠地区是一个严重障碍。

以含水层水自身作为工作流体

该试点项目位于沙特阿拉伯红海沿岸的吉赞经济区附近，在一套厚层的2100万至3000万年历史的玄武岩中钻设了若干井。两口相距约130米的井作为一对系统使用：一口抽升地下水，另一口在加入CO2后将水送回地下注入。在注入井内，纯CO2在深部被冒入流动水中使其完全溶解，形成一种冷、致密、微酸性的富CO2水，不会因比重大而向上浮升。同一套地下水在两口井之间持续循环，避免了外运淡水的需求并减少了岩层中的压力积聚。

追踪水流并观察新矿物生成

在连续注入CO2后，团队细致跟踪了循环水在穿过破裂玄武岩时的变化。他们监测了水的酸度、碳含量以及溶解的元素如钙、镁、硅和铁，并加入了两种无害的化学示踪剂以追踪流体路径。随着富CO2的水在地下扩散，它在这些来自岩体的元素上变得富集，表明玄武岩在溶解并释放出形成新矿物的构建材料。随着时间推移，产出水中的溶解碳含量先上升后稳步下降，同时化学特征显示碳酸盐矿物如方解石、嵌岩石（ankerite）和磁黄铁矿（siderite）趋于饱和并开始在岩缝中沉淀。

测量有多少碳转变为岩石

为超越推断，研究者利用示踪化学物估算如果没有反应时溶解碳水平本应是多少。将这一“无反应”基线与实际测量值比较，显示出水中碳的日益短缺，意味着碳正被锁定为新固体。两种独立示踪剂——荧光素钠和六氟化硫——得出一致结果：在注入开始约十个月内，大约70%的、共计131吨CO2已转化为固体矿物。从井下回收的泵上覆盖并堵塞的新生碳酸盐晶体等实物证据，进一步证实了注入的CO2确实已石化。

这对未来气候解决方案意味着什么

通过证明循环地下水能够在破裂的玄武岩中携带并矿化大量CO2，该项目为缺少传统地下封盖的干旱地区提供了碳储存的蓝图。该方法相比传统高压CO2注入能耗更低，因为溶解的CO2主要靠重力而非强力抽注推动，并且避免了与有限地表水的激烈争夺。尽管关于长期容量和可用岩孔空间仍有疑问，吉赞试点表明将CO2转化为地下岩石并非仅是实验室好奇心——它可以在工业规模上发挥作用，即使在与化石燃料经济紧密相连的沙漠地区也是可行的。

引用: 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

关键词: 碳矿化, 玄武岩储存, 碳捕集与储存, 沙特阿拉伯, 地下CO2再循环