用循环水将二氧化碳注入地下封存成矿物

本文报道了一项在沙特阿拉伯西部吉赞地区开展的工业级二氧化碳（CO₂）矿化封存示范项目。该地区虽有炼油厂、海水淡化厂等大型固定排放源，但缺乏传统碳封存所需的咸水层或沉积岩圈闭构造，且水资源极度匮乏。针对这一挑战，研究团队创新性地采用“地下流体循环”技术——从一口生产井（DW-1）抽取地下水，经加压后与纯CO₂混合溶解，再注入邻近仅130米远的注入井（DW-3）；注入后的含碳水流在玄武岩裂隙网络中运移，与富含镁、钙、铁的硅酸盐矿物发生化学反应，生成方解石、菱铁矿、ankerite（铁镁碳酸盐）等稳定碳酸盐矿物，从而实现CO₂的永久固存。

项目自2023年3月启动水循环，5月底开始连续注入CO₂（共131吨），至7月初暂停注气但持续循环至2024年4月。监测数据显示：注入后生产井出水的溶解无机碳（DIC）浓度峰值达33.8 mmol/kg，较注入液（约350 mmol/kg）下降90%，同时pH值先降后升，表明大量CO₂已转化为固体碳酸盐。通过两种惰性示踪剂（荧光素钠NaF和六氟化硫SF₆）对比分析，证实约70%±5%的注入CO₂在10个月内完成了矿化。关键突破在于：整个过程完全利用当地地下水源循环，彻底摆脱了对外部淡水的依赖；同时，因注入流体密度更高、无浮力，大幅降低了CO₂向上逃逸风险；且因使用原位地下水，避免了水质不兼容导致的结垢或渗透率下降等问题。此外，对损坏潜水泵内沉积物的分析显示，其表面附着的碳酸盐胶结物中，碳同位素（δ¹³C）特征与注入CO₂高度一致，直接证实了新生成的碳酸盐来源于本次注入的CO₂。

本研究表明，在2100万–3000万年老的吉赞玄武岩中，通过双井循环系统可高效实现CO₂矿化封存。该技术特别适用于中东等干旱缺水但拥有广泛玄武岩分布的产油区，为全球碳中和目标提供了一条不依赖水资源、安全持久的新路径。它并非取代传统碳捕集与封存（CCS），而是作为重要补充，拓展了地质封存的应用场景。