【科學講堂】改良碳封存技術 減緩缺水地區環境暖化
近日天氣大幅波動，時而氣溫高企，時而大雨滂沱，令人難以適應。這種氣候變化也提醒我們關注二氧化碳等溫室氣體在全球的累積與影響，促使大家思考如何有效減少大氣中的二氧化碳？將二氧化碳溶解於岩石中再封存於地下，是否可行？本次與各位分享一項近期研究，結果顯示，即使在較乾燥缺水的地區，此類方法亦能順利實施。
二氧化碳是大氣中的主要溫室氣體之一，會加劇全球暖化。若能將其封存於地下，則可避免其使地球溫度持續上升。具體做法之一，是將二氧化碳溶於水中，再將富含二氧化碳的溶液注入地下岩層；另一種方法則是將二氧化碳轉化為超臨界流體狀態，使其兼具氣體與液體的特性，從而能夠滲入地層深處。冰島於2011年至2014年間在一個名為CarbFix的項目中試驗了第一種方法，目前正擴大規模進行應用；美國華盛頓州則於2013年至2015年間測試了第二種方法。
兩種方法在執行細節上存在一項重要差異：第二種方法所使用的超臨界二氧化碳具有較強浮力，傾向向上遷移，因此在注入地下後，需以不透水的岩層將其頂部封閉。
相比之下，將二氧化碳溶於水所形成的溶液密度高於普通水，因而會自然沉入地下深處。此類溶液呈酸性，會溶解地層岩石中的矽酸鹽礦物，釋放出鎂、鈣等離子。同時，溶解態的二氧化碳轉化為碳酸鹽，並與釋出的鎂、鈣離子結合，形成穩定的礦物結晶，從溶液中析出，從而實現長期封存。不過該方法需消耗大量水資源。根據冰島的經驗，每封存一噸二氧化碳，約需動用25噸水。目前許多乾燥缺水地區因商業與工業活動活躍，碳排放量較大，卻面臨水資源匱乏的困境。因此，亟需尋找減少用水量的改良方案。
水分循環再利用
近期，有研究團隊在沙特阿拉伯西部進行試驗，對上述方法加以改進，以實現水分的循環再利用。改良後的方案設置了兩個深井：第一個深井如常注入富含二氧化碳的溶液，隨着二氧化碳轉化為礦物而被釋放，溶液中二氧化碳濃度降低，密度減小，因而趨向向上流動；第二個深井底部則配備水泵，將地下水抽回地面，再輸送至第一個深井，與新補充的二氧化碳重新混合，繼續注入地底深處。
研究團隊還在水中添加了特定示蹤化合物，用以追蹤水體在兩井之間的流動路徑及化學反應過程。試驗初期，研究人員測得較多溶出的矽酸鹽，與二氧化碳礦化反應的特徵一致，顯示該改良方法運行順暢。
極端氣候事件似乎日益頻繁，反映出我們對碳排放處理技術的需求更為迫切。本次介紹的改良方法有望進一步擴大規模，並在更多地區獲得完善應用。
●杜子航 教育工作者 早年學習理工科目，一直致力推動科學教育與科普工作，近年開始關注電腦發展對社會的影響。
