工業革命之后，CO2的大量排放引發了全球變暖、極端天氣頻發以及氣候變遷等全球性環境問題。這些頻發的環境問題起了全球的廣泛關注。為了遏制因氣候變化帶來的全球性環境惡化，CO2深度減排是人類實現可持續發展目標的必經之路。各國政府和國際組織在CO2減排方面投入了大量的資金和人力。

近日，由南安普敦大學、哥倫比亞大學和冰島大學等多國研究小組合作參與的碳捕集和封存（Carbon dioxide Capture and Storage，CCS）CarbFix項目，為CO2的有效減排帶來了新契機，文章發表在2016年6月10日出版的Science上。

研究人員宣稱，他們將CO2注入玄武巖層中，CO2與巖石發生了快速的化學反應并形成了新的碳酸鹽礦物，通過這一方法，CO2被永久的“禁錮”在玄武巖含水層里。這是科學家首次成功的將CO2轉化為環境友好的碳酸鹽礦物并永久封存在玄武巖中。CO2在玄武巖層中的礦化速度非常驚人，遠遠超過了研究人員預期，在不到2年的時間內，該項目近95%的CO2被礦化。

20世紀70年代，CCS（碳捕集和封存）興起于美國，當時是利用CO2進行驅油以提高石油采收率的技術。經過多年發展，CCS逐漸成為在氣候背景條件下控制溫室氣體排放的重要手段。2005年，政府間氣候變化專門委員會（IPCC）給出了CCS的定義，即將CO2 從工業或相關能源產業的排放源中分離出來，輸送并封存在地質構造中，長期與大氣隔絕的過程。CCS的基本操作思路可以歸納為：從排放源分離捕獲CO2，通過高壓管道壓縮后運輸到封存地點，最后將CO2與大氣隔離，達到永久封存的目的。

提高能源利用率、開發利用替代能源（可再生能源和核能）以及CCS技術被視為CO2減排的三種重要手段。但就目前人類利用能源技術的水平而言，風能、太陽能等清潔能源在世界能源結構中所占比例還比較低，且單位發電成本也高于化石能源，所以短時間內還難以作為國家支撐能源。因此，現階段化石燃料依然是人類賴以生活的主要能源。難以把控的CO2源頭排放，就使得尋求減少化石燃料使用過程中產生的CO2排放的有效方法顯得更為重要。

2008年國際能源署（IEA）的報告中顯示，全球氣溫在升高2℃的情況下，2020年、2030年以及2050年，由提高能效帶來的減排份額將分別占當年能源相關減排量的65%、57%和54%。而CCS的減排貢獻則會從2020年的3%（占總減排量的比例）提高到10%（2030年），并在2050年達到19%，CCS的減排比重逐漸上升。因此，為了將大氣環境中的CO2控制在相對穩定的水平，CCS因其儲量大和減排的高效性被廣泛研究應用。

CO2安全封存是CCS是最終落腳點，這一環節從某種程度決定著CCS技術的可行性。目前常用的封存方式包括：海洋封存（將CO2直接釋放到海洋水體或者注入海底沉積層中）、地質封存（將CO2封存在地質構造中，常見的封存CO2的地質構造包括石油和天然氣田、不可開采的煤田以及深鹽沼池構造等）以及將CO2固化成無機碳酸鹽。

多年來，礦化封存的“固碳”手段因其反應時間緩慢（100~1000年）而不被重視。與此同時，利用玄武巖含水層為儲層類型的玄武巖封存手段，也因為研究起步晚、技術不夠成熟而未獲得足夠重視，但其獨特的化學俘獲機理可以確保CO2永久安全高效的被封存起來，且具有足夠低的泄露風險。

冰島的CarbFix項目是玄武巖封存的工程實例，在歷經2年的跟蹤探測后，玄武巖封存技術終于可以挺直腰板向世人宣稱，它是名副其實的最安全最理想的CO2埋存方法。

其實在這之前，世界上有許多實驗項目都在尋求碳捕集與封存的最佳方法，但鮮有成效，成本與技術依舊難以邁過的關坎。

據估算封存1噸CO2的費用介于50~100美金之間。除此之外，技術難題仍然是實驗項目能否成功的關鍵點，在何處儲存這些被捕獲的氣體就是重中之重。目前許多科學家擔心巖石層的龜裂會導致被封存的CO2泄露的問題。

CarbFix“固碳”項目的實施地點位于冰島首都雷克雅未克以東25公里的地熱發電廠附近。之所以選擇冰島，是由于冰島有多座活火山，火山噴發形成的玄武巖廣泛存在于地下，這種巖石的鈣、鎂、鐵含量高，可與CO2發生化學反應，生成固態的碳酸鹽礦物質。玄武巖是地球上最常見的巖石類型之一，在地球的大陸邊緣地帶廣泛存在。

以往研究人員大都采用砂巖來封存CO2，砂巖含水層非常不活潑，所以普通的CCS點需要幾個世紀的時間完成碳酸化。與砂巖不同的是，玄武巖石中含有大量可以與CO2進行反應形成碳酸鹽礦物的重金屬。起初Matter等模擬了玄武巖封存CO2過程，模擬數據表明，CO2最快的礦化時間至少是10年左右，但工程實際中在對地下水中溶解的碳的測量表明，95％以上被注入的碳在2年內已經轉化為方解石等礦物質。

CarbFix“固碳”項目進行了兩個階段的試驗，第一階段將175t 純CO2注入到玄武巖層中（2012年1月到3月間）；第二階段將73t CO2-H2S混合氣體注入玄武巖層中。由于在碳捕集后，分離提純CO2在整個碳捕集經費中占比非常重，因此如果跳過提純步驟，直接將混合氣體注入地下，會大大降低項目運行成本。因此第二階段的混合氣體的應用是為了評估技術的可行性。

圖中顯示，HN02為深為2000m的注入井，在深度為150~1300m之間分布著8個監測井。地表以下400~800m 之間的玄武巖層是反應發生位置。為了防止在注入過程中，CO2的泄露，CarbFix“固碳”項目采用了在注射過程中，同時將二氧化碳溶解在水中，溶于水的CO2活躍度大大降低，并且溶于水中的CO2可以快速與富含鈣、鎂、鐵的礦石發生反應，所以水的加入大大降低了CO2的泄漏率，提高了其礦化速率。

但在這過程中，需要消耗大量水資源，這就引發了許多科學家的不滿，有人提出，這是對日益消減的水資源的浪費，因此，用水量的問題也許會成為項目后續大規模應用的限制因素。

“迅速碳酸化表明，這是一個可以將CO2永久地儲存在地下并且沒有泄漏的風險的可行方法，而且由于玄武巖在陸地或沿海都很多，發電廠不需靠近沉積巖或枯竭的油井就可以利用CCS。” Matter說。他同時提到，在華盛頓瓦盧拉附近的哥倫比亞河的玄武巖層也有一個類似的項目，其未發表的數據也得出了相似的結論。未參與這一項目的斯坦福大學地質學家Sally Benson教授評價到，這一項目是CCS領域的一大進展。