阿曼的稀有地幔岩石可能封存大量二氧化碳

Wadi Lawayni 是阿曼哈傑爾山脈內部一個偏遠的沙漠山谷，位於沙烏地阿拉伯以東。 遊客需要沿著一條孤獨的土路才能到達那裡，這條土路逐漸變成在礫石沖溝中延伸的車轍。 該地區的地下水偶爾會在小水池中湧出，這些水池呈現藍色——飽和了鹼性鹽，有時氫氣含量非常高，以至於當液體從井中取出時會像香檳一樣冒泡。

山谷稀疏地散佈著帶刺的灌木，周圍環繞著褪色的棕色石頭的磨損山峰，這些山峰聳立數百米高。 這些岩石是一種礦物異常現象，這些礦物在地球表面化學性質不穩定。 它可能形成於地表以下數十千米處，在地幔內——我們星球的中間層，人類從未直接見過——比任何油井或鑽石礦都深得多。 大約 8000 萬年前，由於板塊構造的偶然事件，岩石被推到地表，現在它暴露在自然環境中，正在經歷一場陰燃、脹氣的地球化學衰變。

彼得·凱勒曼認為，這種地質奇特現象可能有助於人類改變氣候緊急情況的程序。 2018 年 1 月的一個下午，當我們坐在 Wadi Lawayni 營地搖搖欲墜的相思樹蔭下的帆布椅上時，他向我介紹了這個願景。 在一百米開外，在一個天篷下，是一個簡易的戶外實驗室，裡面擺放著桌子、化學品和一個用於檢查岩石樣本的專用掃描器。 現年 65 歲的凱勒曼是哥倫比亞大學拉蒙特-多爾蒂地球觀測站的地質學家，他留著灰色的短髮，皮膚因數十年的戶外工作而曬黑。 成堆的皮革狀駱駝糞散落在我們腳下的礫石中。 凱勒曼示意我們身後的巖壁，巖壁由棕色、風化的地幔岩石組成，稱為橄欖岩。 當雨水滲入岩石的裂縫時，它會從空氣中帶來溶解的氧氣和二氧化碳。 水和氣體與岩石發生反應，形成新的礦物固體脈，像樹根一樣，不斷地深入石頭中。 岩石上縱橫交錯著這些乳白色的脈絡。 凱勒曼指著其中一條一釐米寬的脈絡，它由碳酸鎂組成。 “大約 50% 是二氧化碳，”他說。 當我用一塊鵝卵石敲擊它時，它發出玻璃般的鏗鏘聲。

支援科學新聞報道

如果您喜歡這篇文章，請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道 訂閱。 透過購買訂閱，您將有助於確保未來能夠繼續報道關於塑造我們當今世界的發現和想法的具有影響力的故事。

凱勒曼和他的同事估計，阿曼裸露的地幔岩石每年吸收和石化高達 10 萬噸二氧化碳。 這大約是每立方米石頭吸收一克溫室氣體。 “如果你將這個數字[增強]一百萬倍”——凱勒曼認為透過一些工程手段可以做到——“那麼你最終會得到每年每立方公里岩石十億噸二氧化碳，”他說。 而阿曼擁有約 15,000 立方公里的這種岩石，有充足的封存能力。 凱勒曼的計劃包括透過向下鑽探數千米來加速自然反應，到達岩石更熱的地方，並泵入飽和從空氣中提取的二氧化碳的海水。

類似的露頭出現在阿拉斯加、加拿大、加利福尼亞、紐西蘭、日本和其他地方的地球表面。 凱勒曼估計，包括阿曼在內，這些岩石的全球儲存能力為 60 萬億至 600 萬億噸二氧化碳——大約是自 1850 年以來人類新增到大氣中的二氧化碳量的 25 至 250 倍。 凱勒曼說，開發這種岩石儲存庫可能會產生巨大的影響。 政府間氣候變化專門委員會 2019 年的一份報告得出結論，除非人類在 2100 年之前以某種方式從大氣中去除 1000 億至 1 萬億噸二氧化碳，否則全球變暖無法限制在 1.5 攝氏度——這一水平通常被認為可以避免災難性影響。 如果該過程在 2050 年開始，那將意味著每年減少 20 億至 200 億噸二氧化碳。

為了使這一願景成為現實，人類必須建造一個廣泛的全球基礎設施，包括從大氣中提取二氧化碳並將其注入地幔岩石中的鑽井的機器——這有點像當前開採化石燃料的基礎設施的映象，化石燃料燃燒時會將二氧化碳排放到空氣中。 凱勒曼將阿曼視為這個龐大新產業的繁榮中心。

這種反基礎設施是否能夠發揮作用將取決於在阿曼展開的調查。 當我們在樹下聊天時，凱勒曼的科學家團隊正準備鑽入 Wadi Lawayni 的地面，提取 400 米長的巖芯，以研究我們腳下發生的化學反應。 一臺反剷挖土機在遠處隆隆作響，正在挖掘一個坑，為鑽探做準備。

2019 年和 2020 年發表的調查結果揭示了人類如何增強這些反應的清晰路徑。 在今年 5 月下旬，一個新的工作團隊計劃抵達 Wadi Lawayni，進行世界上首次將二氧化碳注入並礦化到地幔岩石深處的試驗。 如果該實驗成功，它可能是將阿曼甚至更大的阿拉伯半島轉變為管理氣候緊急情況的主要工業中心的第一步。

快速反應

幾十年來，科學家們一直在談論透過捕獲空氣中的二氧化碳並將其泵入地下來抵消溫室氣體排放。 但越來越多的研究表明，對這種“負碳排放”的需求已變得迫切。 科學家們提出了各種策略。 重新造林或為海洋施肥將分別增加樹木或浮游植物的生長，它們透過光合作用自然吸收二氧化碳。 改進的農田管理將使更多被農作物吸收的二氧化碳在植物收穫後留在土壤中。 “碳捕獲”裝置可以從發電廠或工廠的煙囪中過濾二氧化碳，而世界各地數千臺“直接空氣捕獲”機器可以日夜從大氣中提取二氧化碳。

捕獲的二氧化碳必須永久密封起來。 一些行動已經嘗試過。 在挪威海岸外的斯萊普內爾氣田，天然氣中產生的二氧化碳被重新注入到海床下 1 公里的儲層中的沉積岩中——例如砂岩等粒狀沉積物。 該專案始於 1996 年，每年儲存約 100 萬噸二氧化碳。 此類行動的問題在於，二氧化碳幾乎不與沉積岩發生反應。 它主要在岩石的孔隙中滲透，導致一些科學家擔心它可能會逐漸洩漏出來。

凱勒曼在 20 世紀 90 年代從事不同的科學研究，在阿曼偏遠的山谷（稱為 wadis）中露營數週，繪製曾經將岩漿從地幔更深、更熱的層向上輸送到地表的化石噴口，在那裡它凝固成稱為玄武岩的岩石——一種堅硬、緻密、深色的石頭，也是海洋地殼的主要組成部分。 但當凱勒曼在 2004 年從馬薩諸塞州的伍茲霍爾海洋研究所搬到拉蒙特-多爾蒂時，他遇到了地球化學家尤爾格·M·馬特（現任職於英國南安普頓大學）和物理學家克勞斯·S·拉克納（現任職於亞利桑那州立大學負碳排放中心主任）。 拉克納和馬特正在探索是否可以將二氧化碳注入到富含鎂和鈣的岩石中，這些岩石比沉積岩化學活性更高，並且會很容易地將氣體轉化為固體礦物——這個過程稱為礦物碳酸化。

阿曼的地幔橄欖岩含有高含量的鎂和鈣，存在於兩種豐富的礦物中：橄欖石和輝石。 這些岩石中貫穿著碳酸鹽脈，因此它們顯然在過去吸收了二氧化碳。 但一些研究人員認為這發生在數百萬年前。 凱勒曼從未過多考慮碳處理，但他對反應如此緩慢持懷疑態度。 在阿曼工作期間，他經常走過哈菲法山谷的一個鹼性泉水，那裡從地下湧出的水飽和了鈣，以至於它不斷與空氣中的二氧化碳發生反應，在水池表面形成光滑、珍珠般、薄如紙的碳酸鹽礦物方解石薄膜。 凱勒曼注意到，當方解石薄膜被風或雨水破碎時，它會在 24 小時內被新的薄膜取代。 “對於地質學家來說，一天內發生的事情——那是超音速的，”他說。

地表快速反應使凱勒曼想知道，地下脈絡的形成速度是否也比人們想象的要快。 2007 年，當他再次前往阿曼時，他和他的學生收集了碳酸鹽脈的碎片。 回到家後，他們對礦物進行了年代測定。 “我以為那些脈絡會有 9000 萬年的歷史，”凱勒曼承認。 “它們都不到 50,000 年。” 有些只有 6,000 年的歷史。 阿曼的地幔岩石不僅在遙遠的過去吸收了二氧化碳； 它們現在仍在這樣做，速度可能比凱勒曼想象的快 10,000 倍。

在 2008 年的另一次旅行中，凱勒曼和馬特計算出，礦物約佔地表附近岩石體積的 1%。 這意味著整個地區每年自然固化 10,000 至 100,000 噸二氧化碳——大致相當於 2,000 至 20,000 輛美國汽車的年排放量。 這個數量不會對氣候變化產生影響，但這讓他們開始考慮是否可以加速這個過程，使其對世界範圍產生影響。

在接下來的四年裡，這兩位研究人員每年都回到阿曼。 他們從井中取水樣，以追蹤地下水流動時發生的化學反應。 結果表明，當雨水浸入地面的裂縫中時，雨水中溶解的二氧化碳與鎂原子結合，形成碳酸鎂脈，直到水中的少量氣體迅速耗盡。 與此同時，來自同一地幔橄欖岩的鈣溶解並積聚在水中，隨著水的遷移。 他們認為，這種富含鈣的水最終會在哈菲法等泉水中重新出現。 在那裡，它與空氣中的二氧化碳發生反應，形成凱勒曼所見到的方解石薄膜，並形成遍佈該地區的巨大階梯狀鈣華岩層。

凱勒曼和馬特仍然不知道人類可以在多大程度上加速這個過程。 這將取決於水的迴圈深度和速度。 為了回答這個問題，他們需要深入地表以下。

深水

在 2018 年 1 月一個溫暖、晴朗的下午，我看到凱勒曼和馬特對 Wadi Lawayni 的岩石內部進行了關鍵的觀察。 八隻駱駝咀嚼著灌木叢，對安裝在笨重的工作車輛背面的鑽機的研磨轟鳴聲視而不見，鑽機旋轉著鑽入谷底。

一根電纜已經從孔中吊出了九米長的巖芯。 巖芯段，每段幾米長，像棒球棒一樣寬，按順序鋪在摺疊桌上，六位科學家正在檢查它們。 “在前幾米內有很多活動，”凱勒曼一邊說，一邊有目的地從一張桌子走到另一張桌子。 即使深度變化相對較小，岩石的顏色也發生了顯著變化。

當地幔岩石仍然在地下深處時，它們應該是深綠色的，因為富含鎂和鈣的礦物橄欖石和輝石是在 1300 攝氏度以上的溫度下，在完全沒有氧氣、水和二氧化碳的情況下形成的。 但當構造和侵蝕將岩石帶到地表時，礦物經歷了多波次的化學反應。 最上面的幾米岩石呈橙色色調，表明在最靠近地表的層中，水中攜帶的氧氣與礦物中的鐵結合，基本上使岩石生鏽。 往下幾米，這些顏色消失了，這意味著溶解的氧氣已經在滲透到那麼深的水中耗盡了。 此時，灰色的岩石中滲透著無數細如髮絲的藍綠色脈絡——一種稱為蛇紋石的礦物，它是在水分子附著在鎂和鐵原子上時形成的。 （這個過程會產生從地下水中冒泡出來的氫氣。）

縱橫交錯的背景是白色的碳酸鹽脈，它們是在二氧化碳附著在鎂和鈣上時形成的。 這些脈絡最初大約有手指寬，但到地下 10 米處，它們變得稀少而細薄，表明水在向下滲透時也失去了二氧化碳。

隨著未來幾天的鑽探繼續進行，工人們將巖芯裝入板條箱，為堆滿桌子的數十個新巖芯段騰出空間，形成了一個名副其實的石頭圓柱體跳蚤市場。 來自 400 米深處的岩石仍然滲透著細小的蛇紋石脈絡，證實水至少滲透到了那麼深的地方。

在接下來的三年裡，科學家們在實驗室繼續進行分析，以確定岩石與二氧化碳和水反應的速度。 在 2020 年和 2021 年初，我多次與馬特交談，他被所有巖芯中看到的一種模式所震驚：“在最大深度 100 米以下的脈絡或裂縫中，你絕對找不到碳酸鹽礦物，”他說。 不管是什麼原因，二氧化碳都沒有更深入地進入岩石。

該團隊最近發表的分析表明了這可能是原因。 在 2019 年的一篇論文中，凱勒曼和他的同事，包括馬特和馬特的前學生，現任加州州立大學薩克拉門託分校的阿梅利亞·保克特·範庫倫，估計鑽孔上部 50 米的地下水已存在 4 至 40 年； 它是從降雨中滲入的。 但在那以下的岩石中的水已經在地下存在了至少 20,000 年。 在 2020 年發表的一篇論文中，馬特和他的合作者、法國蒙彼利埃大學的熱拉爾·洛茲透過在兩個相距 15 米的深鑽孔之間抽水來測量水在岩石中移動的容易程度。 他們發現，在上部 100 米的某些地點，水相對容易移動，但在那之下，滲透率下降了 1000 倍。

綜上所述，這些觀察結果表明，阿曼的礦物碳酸化速率受到一個主要瓶頸的限制：雨水根本無法滲入超過約 100 米的深度。 而阿曼的地幔岩石平均厚度約為 3 公里。 “它告訴我們，更深處有巨大的碳酸化潛力，”馬特說——如果水能以某種方式到達那裡並在岩石中快速迴圈，以便它可以穩定供應二氧化碳。

為了克服這個瓶頸，直接空氣捕獲機器（它有風扇，可以將空氣吸入化學吸收劑）將從空氣中去除二氧化碳並濃縮它。 其他裝置將對氣體加壓並將其送入鑽孔。 在地下 1,000 至 3,000 米處，氣體將與水混合（透過單獨的管道注入），然後將溶解有二氧化碳的水釋放到周圍的地幔岩石中。 水會滲入岩石的孔隙中，最終到達第二個孔，第二個孔距離第一個孔最遠可達 1,000 米，它將充當迴流煙囪。 耗盡二氧化碳的水將回流到地表，在那裡可以再次在水中濃縮更多的氣體。

地下三公里的岩石溫度約為 100 攝氏度。 這種熱量將加速反應。 反應本身產生的額外熱量將有助於驅動溫水向上流回煙囪。

2020 年，凱勒曼和保克特·範庫倫發表計算結果，表明將含有輕微升高濃度二氧化碳的水泵入地下三公里處可以將礦化速度加快數千倍。 以這種速度，單個注入井每年可以捕獲高達 50,000 噸二氧化碳——類似於阿曼所有地區自然吸收的氣體量——面積約為九個足球場大小的地面。 在 10 年內，這口井可以捕獲 50 萬噸二氧化碳。

在 Wadi Lawayni 提取巖芯的科學家們沒有嘗試將二氧化碳注入地幔岩石。 但在幾年前，冰島的科學家們曾嘗試將二氧化碳注入到另一種化學成分與地幔相似的岩石中。 那個成功的專案為現在即將在阿曼發生的事情奠定了基礎。

水力壓裂因素

在格陵蘭島和挪威之間的北大西洋下數百公里處，有一個地幔熱點。 從地球核心升起的熱量軟化了岩石。 這種“部分熔融”岩漿透過裂縫浮力上升到海底。 在 5000 萬年的時間裡，這種岩漿凝固成玄武岩——一種源自地幔的岩石，也是我們星球地殼的主要組成部分之一。 這個玄武岩高原越來越高地升出海底，直到從海洋中露出，形成了現代的冰島。 灰黑色的岩石緻密，佈滿了微小的氣泡。 它所含的鎂和鈣比其母巖少，但仍然比地球表面上的大多數岩石多。

到 2005 年，馬特、拉克納和拉蒙特-多爾蒂的華萊士·布勒克確信，這些玄武岩為礦化二氧化碳提供了良好的機會。 布勒克（於 2019 年去世）與雷克雅未克能源公司合作，在冰島 Hellisheidi 地熱發電廠啟動了一項名為 Carbfix 的二氧化碳注入實驗。 從 2012 年開始，機器從工廠的尾氣中分離出二氧化碳和硫化氫氣體——地熱站點的天然產物——並透過 400 至 800 米深的井將其重新注入到玄武岩中。

在八個月的時間裡，工程師們注入了約 250 噸二氧化碳。 對附近水井的監測表明，兩年內 95% 的二氧化碳被鎖定在碳酸鹽礦物中。 該專案此後一直在運營，每年儲存約 10,000 噸二氧化碳。 2019 年，Carbfix 作為一家獨立公司分拆出來，目標是在 2030 年之前將 10 億噸二氧化碳鎖定在玄武岩中。

馬特幫助領導了這項實驗，他認為實驗結果是一個重要的驗證。 他說，在開始時，“碳捕獲界認為我們瘋了”，因為玄武岩被認為沒有足夠的孔隙來讓水透過。 從那時起，華盛頓州里奇蘭太平洋西北國家實驗室的另一個團隊也在玄武岩中礦化了二氧化碳——瓦盧拉玄武岩先導示範專案。

地幔岩石可能比玄武岩更有效，因為它們含有三倍於玄武岩的活性鎂和鈣。 一噸地幔橄欖岩可以固化高達 500 公斤的二氧化碳，而一噸玄武岩只能固化約 170 公斤。

但並非所有人都認為地幔岩石，甚至玄武岩，都是完美的解決方案。 威斯康星大學麥迪遜分校的水文地質學家克里斯托弗·扎哈斯基說，即使注入沉積岩中的二氧化碳會遷移，但其儲存仍然是安全的，因為強大的毛細作用力會將其捕獲在礦物顆粒之間的微小空間中。 即使上方的岩石斷裂，氣體也不太可能洩漏出來。

扎哈斯基仍然認為，將二氧化碳儲存在玄武岩和地幔岩石中有一個重要的優勢。 他說：“這更容易向人們推銷和解釋，”——考慮到如果沒有強烈的公眾支援，大規模專案不太可能發生，這是一個重要的考慮因素。 在阿曼、印度和美國太平洋西北地區等一些地區，玄武岩或地幔岩石可能比合適的沉積岩層更豐富。 扎哈斯基指出，為了解決碳問題，“我們真的需要全力以赴。”

扎哈斯基說，地幔岩石的挑戰在於，它們的孔隙空間遠小於沉積岩。 他說：“你需要更多的井來更均勻地在地下分配流體。” 凱勒曼多年來一直為這個問題絞盡腦汁。 他認為有一個解決方案：如果注入正確地進行，化學反應本身可能會使岩石破裂，從而使水能夠透過。

當我在阿曼時，凱勒曼帶我走下了一條狹窄的沖溝。 我們停在一塊圓形的岩石旁邊，這塊岩石像汽車一樣大，佈滿了碳酸鹽脈。 曾經緊密地結合在一起的磚塊大小的岩石現在被介入的脈絡傾斜和隨意地推開——就像一座被毀壞的建築物，其中磚塊之間的砂漿不成比例地膨脹出來。 “當我看著這塊露頭時，我幾乎可以聽到它爆炸的聲音，”凱勒曼說。

這種比喻性的“爆炸”發生在緩慢的運動中，當時岩石仍在地下。 當二氧化碳附著在鎂或鈣上形成碳酸鹽礦物時，它會增加質量。 新材料佔據的空間比以前的礦物多 20% 到 60%。 凱勒曼的模型表明，這些碳酸鹽礦物在生長時會對周圍的岩石施加高達 2,900 個大氣壓的壓力，從而將岩石推開。 凱勒曼說，地幔岩石的化學轉化應該自然地使它們破裂——驅動裂縫越來越深、越來越寬，暴露出新的活性表面，並允許更多的水和二氧化碳滲入。

馬特和伍茲霍爾地球物理學家羅伯特·索恩在 2019 年和 2020 年兩次前往 Wadi Lawayni 的過程中，發現了這種水力壓裂的證據。 他們將水聽器放入鑽探後留下的幾個注滿水的鑽孔中，並在孔周圍放置了地震儀。 在一個月的時間裡，他們記錄了數百次比人感覺到的任何震動都微弱得多的微震。 “如果你有這種反應驅動的破裂，它會產生這些非常獨特的訊號，”索恩說。 他說，資料“充滿了這些訊號”。 他警告說，結果與反應驅動的破裂一致，但尚未證明這一點。

即使工程師能夠弄清楚如何利用膨脹和破裂來發揮自己的優勢，他們也需要考慮意外的後果。 粗略估計表明，將 10 億噸二氧化碳捕獲在碳酸鹽礦物中可能會使岩石的體積增加十分之一立方公里，相當於約 35 座帝國大廈。 如果這種膨脹分佈在 300 平方公里土地下的岩石中——就像凱勒曼的其中一種情景一樣——那麼每年礦化 10 億噸二氧化碳可能會導致地面每年上升高達 30 釐米。

每年在 300 平方公里範圍內僅注入 100 萬噸二氧化碳將導致每年地面上升不到一毫米——這低於許多地區因構造力自然發生的上升。 只有在真正大規模的注入規模下，膨脹才會成為問題。 凱勒曼認為，為了解決這個問題，在阿曼進行的任何十億噸級注入都應該發生在阿曼灣沿岸附近，在那裡工程師可以斜向鑽入淺海海底下的地幔岩石。 任何隆起都可能發生在海底，在那裡它可能是良性的。 而且該地點顯然會提供充足的海水來攜帶濃縮的二氧化碳，這很重要，因為在這個沙漠國家，地下水往往稀缺。

顯然，在可以使用地幔岩石開始減少二氧化碳排放之前，需要回答一些問題。 解決這些問題的試驗正在開始。

征服成本

一家名為 44.01（以二氧化碳的平均分子量命名）的阿曼公司已獲得政府批准，可以執行世界上第一個在地幔岩石中進行礦物碳酸化的試點測試。 該公司將於 2021 年 5 月或 6 月開始將裝置運入 Wadi Lawayni。 幾周後，44.01 將開始將含有二氧化碳和惰性示蹤化學物質的淡水注入到距離我在 2018 年觀察到的鑽孔不遠的一個鑽孔中。 研究人員將監測大約 100 米外的第二個鑽孔中示蹤劑、二氧化碳和溶解礦物的水平，以確定水在中間岩石中流動的速度以及從中剝離了多少二氧化碳。 凱勒曼和馬特正在為該公司提供諮詢。 如果這項實驗表明二氧化碳正在快速礦化——44.01 的創始人塔拉勒·哈桑應該在大約四個月內知道結果——該公司計劃在 2022 年開始其首次商業注入業務。 它將使用淡水或可能經過處理的廢水，透過單井每年輸送 10,000 噸氣體，並希望最終擴大到每年 100,000 噸。 該公司還計劃在靠近海岸的地區啟動第二次試點測試，使用海水。

企業家哈桑設想 44.01 成為一家礦物碳酸化公司，該公司將向瑞士 Climeworks 或不列顛哥倫比亞省 Carbon Engineering 等公司出售其服務，這些公司將在阿曼執行其直接空氣捕獲機器。 從地球上任何地方排放到空氣中的二氧化碳都會在全球漂浮，因此可以在任何方便的地方捕獲和處置氣體。 阿曼可能成為主要的全球中心。

哈桑認為，44.01 有朝一日可以在阿曼的地幔構造中每年礦化 13 億噸二氧化碳。 這個數量將對人類每年需要從空氣中去除 20 億至 200 億噸二氧化碳以將升溫幅度控制在 1.5 攝氏度以內的目標產生有意義的影響。 目前，44.01 是唯一一家嘗試將二氧化碳注入地幔岩石的公司，但美國國家科學院 2019 年的一份報告表明，世界各地類似的地幔構造每年可以鎖定超過 100 億噸二氧化碳。 玄武岩中的作業，例如 Carbfix 的作業，將增加更多的能力。

每年在阿曼封存 10 億噸二氧化碳將需要龐大的基礎設施。 凱勒曼計算出，如果將氣體濃度提高到海水中自然濃度的 440 倍——今天的空氣捕獲機器可以很容易地做到這一點——則需要 5,000 口注入井。 它們每年將泵送總計 23 立方公里的水——約佔密西西比河流量的 4%。 如此規模的運營聽起來可能令人震驚，但氣候緊急情況需要巨大的干預。 而且，與開採化石燃料的基礎設施相比，這項運營仍然非常小。 僅在美國就有超過一百萬口油氣井。 當然，這將取決於人類是否利用這個機會轉向可再生能源，而不是將其作為排放更多碳的許可證。

成本將是關鍵。 冰島的 Carbfix 公司礦化每噸二氧化碳的成本約為 25 美元（44.01 公司未釋出任何官方成本估算）。 根據國際科學家小組 2018 年在環境研究快報上發表的一份報告，這落在重新造林和作物土壤管理等策略的價格範圍內，這些策略的碳儲存永續性較差。

真正的挑戰在於注入二氧化碳之前對其進行捕獲和濃縮。凱勒曼的合作者詹妮弗·威爾科克斯（Jennifer Wilcox）目前擔任美國化石能源首席副助理部長，以及她在賓夕法尼亞大學的博士生諾亞·麥昆（Noah McQueen）開發了一個框架，用於估算捕獲和壓縮二氧化碳的綜合成本，包括工人的工資以及在20年內建造和維護硬體的費用。他們的資料表明，從大氣中去除每噸二氧化碳的成本大約為120美元至220美元。直接空氣捕獲需要大量能源，“如果你選擇使用化石燃料，”威爾科克斯說，“你必須考慮管理額外產生的碳的成本。”倫敦帝國學院的氣候經濟學家阿杰·甘比爾（Ajay Gambhir）表示，這項技術仍處於起步階段，創新可能會降低其成本。如果該機械遵循過去十年風力渦輪機的相同軌跡，那麼其成本可能約為今天的四分之一。但“在規模擴大之前，我們真的不知道，”甘比爾說。

在政府對溫室氣體排放定價之前，許多排放者不太可能為空氣捕獲和礦物碳化付費。威斯康星大學麥迪遜分校的能源政策研究員格雷戈裡·內梅特（Gregory Nemet）表示，儘管工業化國家目前徵收的碳稅通常低於每噸二氧化碳50美元，但加州的碳燃料標準正在促使企業在碳信用額度上花費高達每噸200美元，而且價格可能會隨著時間推移而上漲。這個數字為像44.01這樣的礦化公司與直接空氣捕獲公司合作開展小型聯合運營提供了機會。隨著更多政府實施碳定價，對這些服務的需求可能會增長。“他們不必在2025年前實現千兆噸[二氧化碳]的規模，”內梅特說。“他們需要的是一系列規模越來越大的設施，從中學習並改進，以便隨著時間的推移降低成本。”

阿曼之所以成為有吸引力的地點，不僅僅是因為其岩石；該國龐大的化石燃料工業擁有處理加壓氣體的專業知識，而且全年陽光充足。根據麥昆的計算，每年捕獲十億噸氣體的運營需要7000億至1.3萬億千瓦時的能源。根據基於陽光強度的標準公式，這些電力可能來自300至600平方公里的太陽能電池陣列，佔阿曼領土的比例不超過0.2%。

阿曼還以其壯麗的海岸線、峽谷、中世紀堡壘和清真寺而聞名，每年吸引數百萬遊客。這裡也是季節性遷徙的傳統貝都因人口的家園。這種脆弱的遺產必須得到保護，但該國以及整個阿拉伯半島都擁有豐富的空曠乾旱土地，可以容納新興的負排放產業。

科學家們對如何利用地幔岩石還有其他設想。例如，一些人建議將它們開採出來，粉碎以增加其表面積，並撒佈在數千平方公里的沙漠中，在那裡它們可以自然吸收二氧化碳。每年，可以將它們收集起來並烘烤以驅除二氧化碳，然後再重新撒佈。二氧化碳必須被處理掉——可能透過注入其他岩層——或用作塑膠或合成燃料的原材料。或者，可以將岩石撒佈在農田上並留在那裡，在那裡它可以吸收二氧化碳並可能改善土壤質量。無論哪種方式，開採、粉碎和運輸石頭都可能破壞景觀並消耗大量能源。至少在阿曼，凱勒曼提出的鑽探5000口注入井的適度建議可能顯得不那麼極端。井可以沿著已經有工業運營的海岸線部分進行定位，產生的視覺干擾不會超過沿海風力發電場。太陽能電池陣列可以放置在精心挑選的更內陸的地塊上。

目前，凱勒曼表示，他很高興看到邁出了第一步：瓦迪拉瓦伊尼的實地測試。他的旅程漫長，從2000年代初的冷淡好奇到今天的徹底興奮。他已經在提前思考如何減少礦物碳化的實際佔地面積。2018年一個傍晚，他帶領我攀登峽谷。在昏暗的暮色中，他停下來，指著右邊一個紅色的尖峰。“這座山裡有十億噸二氧化碳，”他宣稱。在整個阿曼，碳酸鹽脈只佔地表岩石體積的1%，但在這座小山裡，凱勒曼說，“每一個鎂原子和每一個鈣原子都與二氧化碳結合形成碳酸鹽。”

這些岩石最初與其他地方發現的地幔礦物相同。但它們在很久以前就與二氧化碳和水發生了反應，當時它們仍然深埋地下，因此非常熱。（水和二氧化碳來自附近的一個深俯衝帶，在那裡，海洋沉積物在沉入地幔時被高壓“烹煮”。）根據2020年發表的地球化學分析，凱勒曼認為，當岩石礦化二氧化碳時，溫度高達250攝氏度——足以推動反應驅動的裂解完成——因此每一塊岩石都可能發生反應。

如今，阿曼的許多地幔岩石仍然很熱，但它們位於地表以下五到六公里處。哈桑表示，要到達這些岩石需要更精密的鑽探技術，如果試點研究證明可行，這可能在經濟上是合理的。

畢竟，負排放產業仍處於起步階段，就像19世紀中期石油鑽探所處的階段一樣，當時它在強大的鯨油產業面前相形見絀。最初的油井只有幾米深。各公司逐漸追求地球深處更大的目標。實現這一目標的原因是更先進的鑽探技術；一個蓬勃發展的全球基礎設施，用於捕獲、運輸和銷售有價值的產品；以及對更多資源日益增長的渴望。這些相同的力量有朝一日可能會驅使人類更深入地挖掘，以尋找另一種資源：用於固化二氧化碳的熱岩石。阿曼這個國家透過向世界出售埋藏在地下的碳氫化合物賺取了數十億美元，它可能會巧妙地轉型，透過將相同的碳埋回地下再賺取數十億美元。