溫室效應(yīng)是維持地球氣候的自然基礎(chǔ)。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(jī)制，地球?qū)?huì)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(dòng)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(shí)實(shí)現(xiàn)碳的長(zhǎng)期封存，已成為氣候科學(xué)領(lǐng)域的重要研究方向。

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

水分子充當(dāng)"活化劑"，礦化速度遠(yuǎn)超預(yù)期

迪博爾德團(tuán)隊(duì)的研究聚焦于礦物表面在原子尺度上的微觀結(jié)構(gòu)。她介紹，團(tuán)隊(duì)在一個(gè)更大的科研項(xiàng)目框架下開始系統(tǒng)分析礦物，并為此開發(fā)了全新的實(shí)驗(yàn)手段。研究發(fā)現(xiàn)，單獨(dú)的CO?對(duì)巖石表面幾乎呈惰性狀態(tài)，難以發(fā)生有效反應(yīng)；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(jié)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(yīng)的媒介。實(shí)際工業(yè)注入實(shí)驗(yàn)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(nèi)即完成礦物化，而此前學(xué)界普遍認(rèn)為這一過程需要更長(zhǎng)時(shí)間。

迪博爾德指出，以往的主流認(rèn)知認(rèn)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(tuán)隊(duì)則通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)了另一種機(jī)制：CO?可在水存在的前提下直接吸附于礦物表面。這一機(jī)制此前已有理論預(yù)測(cè)，此次屬首次實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。研究重點(diǎn)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(gòu)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(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

廢棄油井或成碳封存主戰(zhàn)場(chǎng)

從基礎(chǔ)研究到工程應(yīng)用，礦化封存的潛在路徑已初現(xiàn)輪廓。其技術(shù)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(zhì)構(gòu)造，使其長(zhǎng)期與礦物結(jié)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(chǎng)所，既可充分利用現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施，又無需額外大規(guī)模開鑿地層。

關(guān)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(jié)構(gòu)，便可保持極長(zhǎng)時(shí)間的固定——理論上可長(zhǎng)達(dá)地質(zhì)時(shí)間尺度。自然界中已有大量先例：碳酸鹽巖等巖石本身就儲(chǔ)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(qū)動(dòng)整個(gè)流程，才能實(shí)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(chǔ)研究來厘清——這正是該團(tuán)隊(duì)持續(xù)推進(jìn)的方向。

礦化封存有望成為氣候治理重要拼圖

對(duì)于這一發(fā)現(xiàn)的氣候意義，迪博爾德保持審慎樂觀。她認(rèn)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(nèi)在機(jī)制，現(xiàn)有封存技術(shù)便有望進(jìn)一步優(yōu)化。

她表示，團(tuán)隊(duì)的目標(biāo)是為工程應(yīng)用提供堅(jiān)實(shí)的科學(xué)基礎(chǔ)，具體的技術(shù)落地則有賴于工程師的后續(xù)工作。這項(xiàng)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(yīng)》，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(yīng)數(shù)字對(duì)象標(biāo)識(shí)符（DOI）。