溫室效應是維持地球氣候的自然基礎。二氧化碳（CO?）等溫室氣體能夠截留地表向外輻射的熱量，若無此機制，地球將會寒冷得難以孕育生命。然而，化石燃料的大規(guī)模燃燒和工業(yè)生產(chǎn)活動正在持續(xù)推高大氣中溫室氣體的濃度，加劇全球變暖。正因如此，如何在減少排放的同時實現(xiàn)碳的長期封存，已成為氣候科學領域的重要研究方向。

在諸多技術路徑中，礦化封存備受關注——其核心思路是將CO?注入巖石，使其以礦物形式長期穩(wěn)定固定。奧地利科學院（?AW）副院長、維也納工業(yè)大學物理學家烏爾里克·迪博爾德（Ulrike Diebold）與同事賈達·弗朗切斯基（Giada Franceschi）近期在該領域取得重要進展，相關研究成果發(fā)表于學術期刊，引發(fā)業(yè)界廣泛關注。

水分子充當"活化劑"，礦化速度遠超預期

迪博爾德團隊的研究聚焦于礦物表面在原子尺度上的微觀結構。她介紹，團隊在一個更大的科研項目框架下開始系統(tǒng)分析礦物，并為此開發(fā)了全新的實驗手段。研究發(fā)現(xiàn)，單獨的CO?對巖石表面幾乎呈惰性狀態(tài)，難以發(fā)生有效反應；但一旦有水分子存在，情況便截然不同——CO?首先與水分子相互作用，被水"激活"后，能夠直接吸附并結合到巖石表面。

水在這一過程中之所以不可或缺，在于它幾乎無處不在：空氣中的濕氣、土壤中的地下水，都能成為這一反應的媒介。實際工業(yè)注入實驗也印證了這一發(fā)現(xiàn)：將CO?注入地下后，約三分之二的碳在兩年內即完成礦物化，而此前學界普遍認為這一過程需要更長時間。

迪博爾德指出，以往的主流認知認為CO?需先溶于水、再緩慢沉積析出為礦物——這一路徑速度較慢。她的團隊則通過實驗證實了另一種機制：CO?可在水存在的前提下直接吸附于礦物表面。這一機制此前已有理論預測，此次屬首次實驗驗證。研究重點考察了硅酸鹽礦物，尤其是硅灰石（Wollastonit，一種硅酸鈣礦物）。硅酸鹽構成地殼的大部分，硅灰石也常被用作混凝土等建材的模型材料，因此具有極高的實際應用價值。

廢棄油井或成碳封存主戰(zhàn)場

從基礎研究到工程應用，礦化封存的潛在路徑已初現(xiàn)輪廓。其技術思路是：從大氣或工業(yè)廢氣中捕集CO?，經(jīng)高壓壓縮后注入深層地質構造，使其長期與礦物結合。迪博爾德特別提到，已有的廢棄鉆井（如原油開采后遺留的鉆孔）是理想的注入場所，既可充分利用現(xiàn)有基礎設施，又無需額外大規(guī)模開鑿地層。

關于封存的持久性，迪博爾德表示，一旦CO?被納入穩(wěn)定的礦物結構，便可保持極長時間的固定——理論上可長達地質時間尺度。自然界中已有大量先例：碳酸鹽巖等巖石本身就儲存著大量以礦物形式存在的CO?。她也坦言，CO?在注入前須經(jīng)高壓壓縮，能耗不容小覷，因此必須依托可再生能源驅動整個流程，才能實現(xiàn)真正的凈減排效果。此外，在哪些條件下礦化效率Zui高，也有賴于更深入的基礎研究來厘清——這正是該團隊持續(xù)推進的方向。

礦化封存有望成為氣候治理重要拼圖

對于這一發(fā)現(xiàn)的氣候意義，迪博爾德保持審慎樂觀。她認為，礦化封存絕非解決氣候問題的"藥"，但可以成為綜合減排方案中的重要一環(huán)。若能深入理解CO?在巖石中更快速、更高效地固定的內在機制，現(xiàn)有封存技術便有望進一步優(yōu)化。

她表示，團隊的目標是為工程應用提供堅實的科學基礎，具體的技術落地則有賴于工程師的后續(xù)工作。這項研究的論文題為《礦物碳化的分子視角：CO?與硅灰石（100）表面的反應》，由安德烈亞·孔蒂盧卡（Andrea ContiLuca）、萊祖奧（Lezuo）、亞歷山大·霍恩德爾（Alexander Hoheneder）等人共同署名，已正式發(fā)表并附有相應數(shù)字對象標識符（DOI）。