中国科学院武汉岩土力学研究所张力为研究员等撰写的“Recent Progress in CO2 Mineralization to Mitigate CO2 Emissions: A Review”（面向负排放的CO2矿化技术研究进展）一文在GeoStorage-《地质储存》（英文刊）第2期发表。
论文全面介绍了CO2注入油层/咸水层矿化封存、CO2玄武岩矿化封存以及固废CO2矿化封存研究的最新进展。在对上述三种CO2矿化封存类型近年开展的代表性研究进行全面介绍的基础上，总结了近年来学界在CO2矿化封存领域取得的最新研究进展。综述最后讨论了目前采用规模化CO2矿化实现温室气体减排主要面临的瓶颈问题和挑战。
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引用格式：
Yin Y, Zhang LW, Wang HW, et al. 2025. Recent Progress in CO2 Mineralization to Mitigate CO2 Emissions: A Review. GeoStorage, 1(2), 91-112. doi: 10.46690/gs.2025.01.07.
01 研究背景
全球气候变暖对人类生存环境构成了严重威胁，而碳捕获、利用与封存（CCUS）技术是降碳的有效途径。CO2矿化技术为CCUS提供了一种安全且稳定的碳封存方法。然而，矿化的复杂过程为大规模CO2矿化储存带来了挑战。
CO2矿化是将CO2转化为稳定碳酸盐矿物的过程，是实现永久、安全碳封存的关键技术路径。CO2矿化存在于地下碳储过程中，此外，也可利用如玄武岩等天然矿物或富含钙、镁的碱性固体废物，通过一系列化学反应将气态CO2固定为稳定的碳酸钙、碳酸镁等矿物。其核心优势在于封存产物稳定、无泄漏风险，且可实现大宗固废的资源化利用。CO2矿化技术是当前CCUS技术体系中能够实现永久性、大规模固碳的解决方案，对工业减排与碳中和目标达成具有不可替代的战略意义。
图1：CO2矿化过程的化学机制 (Cao et al., 2024)
02 核心内容
作为大规模CO2地质封存中储层构造的组成矿物，硅铝酸盐矿物的CO2矿化过程作为CO2封存过程中的关键步骤，为CO2的安全储存提供了重要途径。CO2封存工程中，注入后的CO2与砂岩储层中的硅铝酸盐矿物反应，从而将部分CO2捕捉并固化，转化为碳酸盐矿物。此过程可在自然或加速条件下进行。相对于溶解封存，该过程反应产物稳定且能长期封存。该过程的挑战包括提高矿化反应速率、降低成本及优化储层CO2注入条件。
图2：地层中注入的CO2的演变 (Wang et al., 2016)
广泛存在于地球岩层中的玄武岩为CO2矿化封存提供了另一种高效途径。玄武岩可以与CO2反应并将其转化为稳定的碳酸盐矿物。玄武岩富含镁铁质矿物，在CO2-水-岩相互作用下可形成稳定的碳酸盐矿物，从而实现CO2的长期固定。相较于传统的咸水层或枯竭油气藏封存，玄武岩矿化封存具有反应速率快、封存容量大、泄漏风险低等优势，尤其适用于大规模CO2减排需求。目前，全球已开展多个玄武岩矿化封存工程，如冰岛的CarbFix项目，美国的Wallula项目等，均取得了较好的矿化效果。
图3： 冰岛CarbFix工程CO2矿化证据(Snæbjörnsdóttir, 2017)
固废CO2矿化封存是具有大规模CO2封存潜力及应用前景的减排技术，该技术是模仿自然界CO2被矿物吸收的过程，利用含碱性或碱金属氧化物的固体废物，通过碳酸化反应得到稳定的固态碳酸盐。粉煤灰、钢渣、电石渣、废弃建筑材料等工业固废年产量巨大，且反应活性较高，具有较高的CO2矿化潜力。固废CO2矿化封存通常通过非原位矿化实现。非原位矿化过程包括收集活性工业废物，将其磨成细颗粒，并在受控的反应环境中（通常采用工业反应器）与CO2发生反应。
图4： 通过工业废弃物开展CO2矿化的示意图 (Chen, 2021)
CO2矿化技术因其自身的安全性和矿化产物具有的长期稳定性而被认为是一种有效的碳封存策略，未来的工作应着眼于CO2矿化技术的四个关键挑战：
（1）大规模部署的技术挑战；
（2）反应动力学方面的基本科学挑战；
（3）潜在的泄漏风险和长期存储安全性挑战；
（4）经济可行性和成本效益挑战。
03 作者简介
通信作者简介：张力为，中国科学院武汉岩土力学研究所研究员、博士生导师。致力于CO2地质封存的化学-力学耦合过程、CO2地质封存的风险评价等方面的研究工作。获国际爱思唯尔GSE新锐科学家奖、绿色矿山科学技术奖自然科学一等奖、中国岩石力学与工程学会科技进步二等奖等奖励6项。
第一作者简介：尹悦，中国科学院武汉岩土力学研究所博士研究生，主要从事CO2封存研究。
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