将二氧化碳转化为岩石封存地下：地球降温的创新技术，真的可行吗？

本文源自微信公众号“生态学时空”，作者为复旦赵斌，原标题是《将二氧化碳转化为岩石封存地下：地球降温的创新技术，真的可行吗？| 一起读顶刊-2026》

我们日常开车、使用空调、点外卖所产生的二氧化碳，最终都去往了何处？

答案是大部分都飘散至大气中，为地球披上了一层日益增厚的“保温被”，致使夏季愈发炎热、极端天气愈发频繁。植树造林虽能吸收部分二氧化碳，但全球每年排放的数百亿吨二氧化碳，仅靠森林远远无法消纳。于是，科学家们想出了一个听起来如同科幻电影情节的办法：把这些二氧化碳收集起来，转化为岩石，永久封存于地下。

这项看似异想天开的技术，如今正从实验室逐步推向实际工业场景，同时也暴露出了各种优势与局限。

将二氧化碳封存地下，并非简单挖个坑

我们常听闻的“碳捕获与封存（CCS）”，简单来说就是把工厂、电厂排放的二氧化碳“捕捉”住，防止其进入大气，再寻找安全的地方进行永久“封存”。当前主流的封存方式有两种，但都存在致命缺陷。

第一种是“超临界CO₂封存”。在高压环境下，二氧化碳会转变为一种兼具液体和气体特性的特殊状态，密度高且流动性强，可直接注入地下深处的岩层。然而，它存在一个致命问题：比地下水轻，会像水中的气泡一样不断上浮，因此封存区域顶部必须有一层密不透水的岩石“盖子”，否则二氧化碳就会泄漏回大气，之前的努力将前功尽弃。而且一旦发生地震，泄漏风险会更高。

第二种是更为安全的“矿物碳封存”。简而言之，就是先让二氧化碳溶于水形成弱碳酸，再注入地下的火山岩中——这类岩石富含钙、镁元素，遇到碳酸会发生化学反应，最终形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。一旦转化为岩石，二氧化碳就再也无法逃逸，是目前最永久、最安全的封存方式。

通过上面这张图，能直观了解这项技术传统工艺与最新突破的核心差异：

• 图中左侧的a图，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，将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，与二氧化碳反应生成固态的碳酸盐矿物，从而将碳永久封存于地下。但用过的水会直接分散在岩层缝隙中，无法回收，封存1吨二氧化碳需消耗20 - 50吨水，这对水资源丰富的冰岛不成问题，但在全球绝大多数干旱、半干旱地区，根本无法实施——要知道，全球许多石油炼化、重工业等高排放企业，恰恰集中在中东、北非等缺水地区。

  
  

• 图中右侧的b图，是此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“耗水”这一关键难题。

  
  

  
  

沙漠中的突破：循环水实现二氧化碳“零额外耗水”转化为岩石

此次沙特阿拉伯的工业级试点，将图b的设计变为现实，彻底改变了矿物碳封存的用水模式。

科学家们在沙特西部吉赞地区的沙漠里，找到了一片形成于2100 - 3000万年前的火山玄武岩地层，钻了5口深度在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，将混有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，把地下岩层中反应完毕、脱去二氧化碳的“贫碳水”抽取上来；

  
  

  
  

• 抽取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，全程形成闭环循环，几乎无需额外补充水。

  
  

  
  

为确保二氧化碳完全溶于水，避免变成气泡上浮泄漏，科学家们还在注入井中安装了专门的气体分布器，在地下150米处就将二氧化碳打成细泡，使其在到达岩层前完全融入水中。溶有二氧化碳的水比普通地下水密度更高，会顺着岩层裂缝向下渗透，完全没有上浮泄漏的风险，与传统工艺相比，安全性更上一层楼。

最终的实验结果超出预期：在一个多月的时间里，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%的注入二氧化碳都与玄武岩发生反应，转化为稳定的碳酸盐岩石，永久封存于地下。从生产井抽取回来的水中，二氧化碳含量比注入时降低了90%，全程没有额外消耗地下水，完美适应了干旱地区的需求。

更关键的是，这套技术的能耗远低于传统封存：传统封存需要将二氧化碳加压至上百个大气压，而这套技术仅需12 - 14个大气压，能耗大幅降低，商业化门槛也随之降低。

除了封存地下，为地球“降碳”还有这些方法

将二氧化碳转化为岩石封存地下，只是全球“碳移除”技术中的一种。面对全球变暖的危机，科学家们还在探索更多能从大气中“捕获”二氧化碳的方法，各有优势，也各有难题。

第一种是大家较为熟悉的直接空气捕碳。简单来说，就是建造大型工厂，利用特殊化学材料将空气中的二氧化碳“吸附”出来，再进行提纯封存。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。但它的致命缺陷是成本过高，目前每吨二氧化碳的捕集成本为600 - 1000美元，是欧盟碳市场价格的10倍，难以大规模推广。

第二种是海洋增汇。海洋本身是地球最大的碳汇，科学家们想办法提高海水吸收二氧化碳的能力，比如向海里投放碱性物质，中和海水酸度，使其能从大气中吸收更多二氧化碳。美国正在推进的LOC - NESS实验，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，但难点在于难以精准量化吸收量，也无法确定大规模投放是否会破坏海洋生态。

第三种是陆地生态增汇。除了植树造林，科学家们还在探索更高效的方法：比如将农作物秸秆、林业废料制成“生物炭”，混入土壤中，既能改良土壤，又能将碳封存于土壤中数百年；还有将玄武岩磨成粉撒在农田里，让其在自然环境中与雨水、二氧化碳反应，慢慢固定碳。这种方法最贴近实际，成本也低，但见效慢，难以快速消化大量碳排放。

理想很美好，现实很残酷

有这么多技术，是不是我们就可以放心排放，依靠这些技术为地球“兜底”呢？

答案是否定的。一系列研究表明，这些碳移除技术并非我们可以随意排放的“免罪符”，其发展上限远低于我们的预期。

首先是地下封存的容量限制。过去许多研究称，地球地下能封存1万 - 4万亿吨二氧化碳，看似绰绰有余。但最新的严谨测算显示，如果考虑地震泄漏风险、政治地缘限制、实际可操作性等因素，全球可安全使用的封存容量仅为1460亿吨二氧化碳。这个数字看似庞大，但按照全球每年300多亿吨的碳排放速度，几十年就会耗尽；即便仅用于大气碳移除，最早到2200年也会达到极限。

更严峻的是规模差距。目前全球所有碳封存项目加起来，每年仅能封存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，每年需要封存87亿吨二氧化碳——相当于要将现有规模扩大175倍，难度可想而知。

还有无法回避的全球公平问题。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、地质条件不适宜。最终很可能出现“排放多的国家没有地方封存，有地方封存的国家排放少”的局面，加剧全球气候治理的不公平性。

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