2026-03-26 16:52
扫码打开虎嗅APP
本文来自微信公众号： 生态学时空 ，作者：复旦赵斌，原文标题：《把二氧化碳变成石头埋地下：给地球降温的“黑科技”，到底靠谱吗？| 一起读顶刊-2026》
我们每天开车、开空调、点外卖产生的二氧化碳，最终都去了哪里？
当然是大部分都飘进了大气，给地球裹上了一层越来越厚的“保温被”，让夏天越来越热、极端天气越来越频繁。种树能吸收一部分，但全球每年排放几百亿吨二氧化碳，仅靠森林是远远不够的。于是科学家们想出了一个听起来像科幻电影的办法：把这些二氧化碳抓起来，变成石头，永久锁进地下。
这个看似天马行空的技术，现在正在从实验室推向真实工业场景，也揭开了各种惊喜和局限性。
我们常听到的“碳捕获与封存（CCS）”，通俗说就是把工厂、电厂排出来的二氧化碳“抓”住，不让它跑进大气，再找个安全的地方永久“关起来”。目前主流的封存思路有两种，但都有致命的短板。
第一种是“超临界CO₂封存”。在高压环境下，二氧化碳会变成一种既像液体又像气体的特殊状态，密度高、流动性强，直接注入地下深处的岩层。但它有个致命问题：比地下水轻，会像水里的气泡一样一直往上浮，必须在封存区顶部有一层密不透水的岩石“盖子”，不然就会漏回大气，之前的功夫全白费。而且一旦发生地震，泄漏的风险会更高。
第二种是更安全的“矿物碳封存”。简单来说，就是让二氧化碳先溶于水变成弱碳酸，再注入地下的火山岩里——这类岩石里有丰富的钙、镁元素，碰到碳酸会发生化学反应，最终变成稳定的碳酸盐矿物，也就是我们常见的石灰岩、大理石的主要成分。一旦变成石头，二氧化碳就再也跑不出来了，是目前最永久、最安全的封存方式。
上面这张图，可直观看懂这项技术的传统工艺与最新突破的核心区别：
图中左侧的a图，就是此前冰岛CarbFix项目采用的传统单井注入工艺：通过一口注入井，把溶满二氧化碳的水注入地下多孔的火山岩中，酸性的水会溶解岩石、释放钙镁离子，和二氧化碳反应生成固态的碳酸盐矿物，把碳永久锁在地下。但用过的水会直接散在岩层的缝隙里，无法回收，封存1吨二氧化碳就要消耗20-50吨水，对水资源丰富的冰岛不是问题，但放到全球绝大多数干旱、半干旱地区，根本没法落地——要知道，全球很多石油炼化、重工业等高排放企业，恰恰集中在缺水的中东、北非等地区。
图中右侧的b图，就是这次沙特团队研发的水循环新工艺，也是这项研究最核心的创新，直接解决了“费水”这个卡脖子难题。
这次沙特阿拉伯的工业级试点，把图b的设计变成了现实，彻底改写了矿物碳封存的用水逻辑。
科学家们在沙特西部吉赞地区的沙漠里，找到了一片距今2100-3000万年的火山玄武岩地层，钻了5口深度100-1000米的井，最终选定两口相距130米的井，完美复刻了图中的闭环水循环系统：
一口是注入井，对应图中左侧的井筒，把混了二氧化碳的水注入地下玄武岩层；
另一口是生产井，对应图中右侧的井筒，把地下岩层里反应完、脱掉了二氧化碳的“贫碳水”抽上来；
抽上来的水通过地面管道重新混入新的二氧化碳，再打回注入井，全程闭环循环，几乎不用额外补充水。
为了确保二氧化碳完全溶于水，不会变成气泡上浮泄漏，科学家们还在注入井里装了专门的气体分布器，在地下150米处就把二氧化碳打成细泡，让它在到达岩层前完全溶进水里。溶了二氧化碳的水比普通地下水密度更高，会顺着岩层的裂缝往下渗，完全没有上浮泄漏的风险，和传统工艺相比安全性再上一个台阶。
最终的实验结果超出了预期：在1个多月里，团队累计向地下注入了131吨二氧化碳，持续水循环10个月后，70%的注入二氧化碳都和玄武岩反应，变成了稳定的碳酸盐石头，永久锁在了地下。从生产井里抽回来的水里，二氧化碳含量比注入时低了90%，全程没有额外消耗地下水，完美适配了干旱地区的需求。
更关键的是，这套技术的能耗比传统封存低得多：传统封存需要把二氧化碳加压到上百个大气压，而这套技术只需要12-14个大气压，能耗大幅降低，商业化的门槛也随之下降。
把二氧化碳变成石头埋地下，只是全球“碳移除”技术里的一条路。面对全球变暖的危机，科学家们还在探索更多能从大气里“抓回”二氧化碳的办法，各有各的优势，也各有各的难题。
第一种是大家听得最多的直接空气捕碳。简单说就是建大型工厂，用特殊的化学材料把空气中的二氧化碳“吸”出来，再提纯封存。目前全球最大的直接空气捕碳工厂建在冰岛，美国得克萨斯州也在建设年捕集50万吨二氧化碳的超大型工厂。但它的致命短板是成本太高，目前每吨二氧化碳的捕集成本要600-1000美元，是欧盟碳市场价格的10倍，很难大规模推广。
第二种是海洋增汇。海洋本身就是地球最大的碳汇，科学家们想办法提升海水吸收二氧化碳的能力，比如向海里投放碱性物质，中和海水的酸度，让它能从大气里吸收更多二氧化碳。美国正在推进的LOC-NESS实验，就是计划向大西洋投放50吨氢氧化钠，测试海洋增汇的效果。这种方法成本比直接空气捕碳低，但难点在于很难精准量化吸收量，也没人能确定大规模投放会不会破坏海洋生态。
第三种是陆地生态增汇。除了种树，科学家们还在探索更高效的办法：比如把农作物秸秆、林业废料做成“生物炭”，混进土壤里，既能改良土壤，又能把碳锁在土里几百年；还有把玄武岩磨成粉撒在农田里，让它在自然环境里和雨水、二氧化碳反应，慢慢把碳固定下来。这种方法最接地气，成本也低，但见效慢，很难快速消化巨量的碳排放。
有这么多技术，是不是我们就可以放心排放，靠这些技术给地球“兜底”了？
答案是否定的。一系列研究告诉我们，这些碳移除技术，都不是我们可以肆意排放的“免死金牌”，它的天花板远比我们想象的低。
首先是地下封存的容量极限。过去很多研究声称，地球地下能封存1万-4万亿吨二氧化碳，看起来绰绰有余。但最新的严谨测算显示，如果把地震泄漏风险、政治地缘限制、实际可操作性都算进去，全球能安全使用的封存容量，只有1460亿吨二氧化碳。这个数字看起来大，但按照全球每年300多亿吨的碳排放速度，几十年就会耗尽；哪怕只用来做大气碳移除，最早2200年就会触达极限。
更残酷的是规模差距。目前全球所有碳封存项目加起来，每年只能封存4900万吨二氧化碳，而要实现《巴黎协定》1.5℃的温控目标，到2050年，我们每年需要封存87亿吨二氧化碳——相当于要把现在的规模扩大175倍，难度可想而知。
还有绕不开的全球公平问题。测算显示，印尼、巴西、非洲部分国家拥有全球最优质、最安全的封存容量，但这些国家历史碳排放极少；而欧美、中东等高排放国家，要么封存容量不足，要么缺水、地质条件不合适。最终很可能出现“排放的国家没地方埋，有地方埋的国家没排放”的局面，加剧全球气候治理的不公平。
参考文献：
https://doi.org/10.1038/s41586-026-10130-5
https://doi.org/10.1038/d41586-026-00635-4
https://doi.org/10.1038/d41586-025-01233-6
https://doi.org/10.1038/d41586-025-02790-6
