来自钢铁或水泥生产的碱性工业废水，被证实非常适合用来化学结合并长期、安全地封存二氧化碳（CO₂）。这是赫尔姆霍兹中心 Hereon 最新研究得出的结论。过去，这类废水通常在用酸中和后直接排入河流，其潜在的二氧化碳封存能力几乎完全被忽视。研究团队认为，未来这些废水有望中和并固定数以百万吨计的二氧化碳，为气候变化减缓提供一种现实可行且具有吸引力的新路径。相关成果已发表在期刊《环境科学与技术快报》（Environmental Science & Technology Letters）上。

尽管《巴黎气候协定》已经生效，各国也在持续推进节能减排，但全球二氧化碳排放量仍在上升。当前的气候保护措施，例如扩大太阳能和风能的应用规模，尚不足以扭转这一趋势。因此，气候科学界多年来一直强调，除了减排，还必须主动从大气中移除二氧化碳并进行长期封存。

研究人员关注的一个重要方向，是模拟自然界中已经运行了数十亿年的调节机制：岩石风化。通过风化过程，岩石中的成分与二氧化碳发生化学反应，生成所谓的碳酸盐——例如类似小苏打一类的物质。含石灰石的岩石在风化过程中释放碳酸盐，被雨水冲刷进入河流和海洋，在那里与二氧化碳反应，将这种温室气体以化学形式长期固定下来，从而从大气中移除。Hereon 的团队基于这一原理，开发出一种适用于工业规模的工艺，理论上每年可结合并封存数千万吨二氧化碳。

酸碱中和反应的应用

“我们的工艺本质上就是很多人在化学课上学过的酸碱中和反应。”Hereon 碳循环研究所所长 Helmuth Thomas 教授解释说。

教科书中的经典例子是氢氧化钠与盐酸反应生成食盐和水。二氧化碳在水中也会发生类似过程：空气中的 CO₂ 溶于水后形成碳酸。碳酸再与碱性溶液反应，就会生成碳酸氢盐，从而把二氧化碳稳定地“锁”在水体中。该项目的关键思路，是不再依赖岩石中的碳酸盐来与碳酸反应，而是直接利用工业生产中产生的大量碱性废水。

“在水泥和钢铁生产等过程中，会产生大量碱性废水。”Thomas 指出。以往，这些废水通常通过加入硫酸或盐酸进行中和，之后再排入河流。换句话说，废水中本可以用来结合二氧化碳的碱性成分被酸中和掉了，这种处理方式在碳封存角度看极为浪费。

研究团队提出，如果未来改用二氧化碳或碳酸来中和这些碱性废水，就能在工业规模上将大量 CO₂ 以碳酸氢盐的形式固定下来。为评估这一方案的实际效果，Thomas 运用其化学建模和计算经验，对这种系统中可实现的二氧化碳转化量进行了详细推算。

结果显示，这种方式在技术和能耗上都具有可行性和经济性：通过该工艺中和二氧化碳是值得的，而且相关设施的能量需求相对较低。同时，环境和监管方面的要求，尤其是对排放废水 pH 值的限制，也可以通过工艺控制来满足——排放水的酸碱度可以自动调节回接纳河流的原始水平。

全球应用潜力

利用碳酸盐化学固定二氧化碳的设想，专家们已经讨论多年。例如，有方案提出将山地开采的岩粉通过铁路和卡车运至海岸，再装船撒入海洋，以加速海水对 CO₂ 的吸收。但这种方式在物流上工作量巨大，且存在诸多不确定性：岩粉中的碳酸盐与水中二氧化碳反应的效率和速率如何？在发生反应前是否会沉降？这些问题都难以在开放海域中精确评估。

相比之下，在工业设施中进行同类反应则要可控得多：所有反应都在现场完成，物质收支可以精确计算，过程参数也易于监测和优化。

“令人鼓舞的是，实现这一工艺所需的技术已经基本具备。”Thomas 表示。与许多仍处于概念或试验阶段的二氧化碳去除方案不同，这一方法理论上可以在短期内启动应用。研究估算，如果全球范围内所有碱性工业废水都按照这一工艺进行处理，每年可封存的二氧化碳总量约为 3000 万吨。

在全球减排压力不断加大的背景下，这一结果为工业部门提供了一条利用现有副产物参与气候治理的新途径，也为二氧化碳长期封存技术体系增添了一个可操作性较强的选项。