新技术有望通过CO2与岩石反应实现固碳目的

　　2021年12月14日，美国哥伦比亚大学地球研究所（EarthInstituteatColumbiaUniversity）发布最新研究进展称，成功研发出一种新的方法，有望通过将CO2注入到地下与某些岩石发生反应，从而实现将气体转化为固体矿物，实现固碳目标。相关成果在2021年美国地球物理学会（AmericanGeophysicalUnion）秋季会议上发布。
　　碳矿化（Carbonmineralization）是一种潜在安全且成本低廉的碳捕获与封存方法，能够减轻甚至减少导致气候变化的大气温室气体浓度。碳矿化在裂缝网络内部和周围形成碳酸盐矿物，可以显著降低渗透性，并保护活性矿物表面。另外，矿物溶解和反应（导致裂缝）可以增加渗透性和反应表面积。这些相互竞争的过程的综合影响决定了储层渗透率，从而决定了CO2存储库的存储容量和寿命。然而，由于复杂的化学机械反馈，碳矿化过程中储层渗透率的变化仍然在很大程度上处于未知状态，换言之，即随着碳矿化过程的发展会发生什么？新形成的矿物质会堵塞岩石的孔隙，阻止更多的二氧化碳进入吗？或者更多的矿物质会导致周围的岩石破裂，让更多的二氧化碳进入并发生反应储存起来？为了解决这些问题，研究人员在研究中，使用了一种称为Dunite的岩石样本，Dunite是一种来自地幔的超基性深成岩，几乎完全由橄榄石组成，可以与CO2结合形成固体碳酸盐矿物。研究小组将Dunite研磨成粉末，并将其压在一起，形成了一个管状样品。然后，把管子放进一个叫做三轴变形仪的机器中，这个机器模拟了在地下真实的岩石储层中的温度和压力条件，这些储层是用来研究碳储存的。该机器还配备了各种传感器，可以测量研究人员在35天内反复注入CO2时岩石材料的性质如何变化。研究发现，随着矿物碳化反应的进行，样品的渗透率会降低。这意味着，当CO2发生反应转化为菱镁矿、石英、二氧化硅和单质碳时，发生了一些堵塞。达到中等渗透率（1016m2）时堵塞量最大，碳酸化速率最高。样品的渗透率在20天内下降了6个数量级，并在10天内保持在1020m2左右。在有效压力为1。5MPa的条件下，通过声发射、渗透率变化和轴向长度的瞬时缩短观察到反应引起的开裂，在堵塞阶段进展良好。反应诱导开裂有助于维持约1020m2的渗透率，即这些裂缝有助于保持较低但稳定的渗透性，而不是像实验早期那样渗透性不断下降。这是记录碳矿化过程中裂缝形成的第一个实验证据。研究结果证实，碳矿化过程可以通过反应驱动的裂解（至少在局部规模）自我延续，这一过程对于将工程碳矿化升级为一种有效、安全的CO2储存方法至关重要。
　　研究人员表示，下一步将继续在完好无损的岩石中进行实验，并探索何种温度和压力条件最容易导致裂缝形成。
　　转载本文请注明来源及作者：中国科学院兰州文献情报中心《地球科学动态监测快报》2022年第1期，刘文浩编译。