將儲存碳的地質上常見的岩石中的二氧化碳礦化
在減少碳排放方面，人類需要改進，以防止氣候變化的最壞影響。如果世界要達到IPCC將全球氣溫升幅控制在1.5攝氏度以下的最低目標，就必須探索一切可能的CO2補救途徑。地質圈閉在這裡起著重要作用。地球的地下岩石和沉積物為長期儲存碳提供了巨大的潛在空間。為了支持這一觀點，九州大學一個由日本領導的國際組織最近進行的一項計算研究顯示，被困住的二氧化碳是如何轉化為無害的礦物質的。
地表下的岩石具有高度的多孔性，捕獲過程包括在從排放源收集二氧化碳後將其注入孔隙。雖然二氧化碳通常被認為太穩定，不能與岩石發生化學反應，但它可以通過物理吸附與岩石表面緊密結合。最終它溶解在水中，形成碳酸，碳酸可以與水金屬反應形成碳酸鹽礦物。礦化是長期儲存二氧化碳最穩定的方法，它將二氧化碳鎖定在一種完全安全的形式，不能再排放。這曾被認為需要數千年的時間，但這種觀點正在迅速改變。化學反應還沒有被完全理解，因為它們很難在實驗室中重現。這就是建模的用武之處。
最初進行模擬是為了預測當二氧化碳與裂開的石英錶面碰撞時會發生什麼——地殼中富含石英(SiO2)。當模擬軌跡回放時，可以看到CO2分子從線性的O=C=O形狀彎曲成與石英結合的三方CO3單元。在第二輪模擬中，加入了H2O分子來模擬“地層水”，這種水通常存在於石油和天然氣鑽探現場之下。有趣的是，H2O分子自發地攻擊反應性CO3結構，打破Si-O鍵生成碳酸根離子。就像碳酸一樣，碳酸鹽離子可以與溶解的金屬陽離子(如Mg2+、Ca2+和Fe2+)反應，將碳永久地結合成礦物形式。
總之，模擬表明二氧化碳礦化的兩個步驟——碳酸化(與岩石結合)和水解(與水反應)都是有利的。此外，自由的碳酸鹽離子可以通過水解得到，而不是像曾經設想的那樣僅僅通過碳酸的解離。這些洞見依賴於一種複雜的分子動力學形式，這種分子動力學不僅模擬原子間的物理碰撞，而且模擬化學的本質——電子轉移。
研究結果提出了一些改善地質圈閉的方法。石英要捕捉二氧化碳，就必須有一個裂開的表面，因此硅和氧原子有活性的‘懸浮’鍵。然而，在現實生活中，表面可能受到氫鍵和陽離子的保護，從而防止礦化。我們需要一種方法來剝離這些陽離子或使表面脫氫。
越來越多的證據表明，捕捉到的二氧化碳礦化速度比之前認為的要快得多。儘管這令人興奮，九州大學的論文強調了這種化學反應是多麼複雜和微妙。目前，該小組建議進一步研究其他豐富的岩石，如玄武岩，以確定地球化學圈閉在人類文明面臨的最大技術挑戰中可能扮演的角色。
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