在澳洲鄉村的香蕉種植園裡，一個第二代農業家庭將壓碎的火山岩撒在一排排成熟的水果之間。八千公里之外，印度中部的兩名年輕人將同樣類型的岩粉撒在旱季稻田上，而在大洋彼岸，肯亞的一名農民用手將這種粉末撒在他的馬鈴薯植株上。在多霧的蘇格蘭北部，一塊馬鈴薯得到了同樣的待遇，巴西南部陽光明媚的山坡上的牛牧場也受到了同樣的待遇。
從密西根州到密西西比州，農民用通常用於撒碎石灰石以調節土壤酸度的撒播機將火山岩粉塵撒在小麥、大豆和玉米田上。
在六大洲，這些農民正在試驗一種稱為增強岩石風化的技術，旨在改善退化的土壤並幫助拯救地球免受氣候災難。
增強的岩石風化利用了地球的自然碳循環，使二氧化碳在空氣、水和土壤之間永久循環。火山岩自然捕獲大氣中的二氧化碳2在將氣體轉化為固體的過程中。就像恆溫器一樣，岩石風化可以透過保持大氣中二氧化碳的水平，在地質時間內緩慢調節地球溫度2，一種溫室氣體，受到控制。
在過去的二十年中，世界各地的科學家研究如何加速風化作為潛在的氣候解決方案。將火山岩磨成粉末可增加可捕獲二氧化碳的表面積2。雖然這種岩塵理論上可以傳播到任何地方，但支持者通常會瞄準農田，因為農田提供了方便的進入和多種作物效益。
增強岩石風化是眾多旨在去除大氣中過量二氧化碳的二氧化碳去除技術之一。據稱，鎖定二氧化碳的方法可能是實現氣候目標的關鍵政府間氣候變遷專門委員會。 IPCC 表示，將全球暖化限制在工業化前水準以上 1.5 攝氏度（2015 年《巴黎協定》的目標）需要在本世紀末消除 1,000 億至 10,000 億噸二氧化碳。
美國的一個研究小組去年在《自然》雜誌上報告稱，岩石風化的增強可能會大幅降低這一數量。地球的未來。如果應用於地球上的所有耕地，該方法未來 75 年可消除多達 2,150 億噸，根據團隊的電腦模擬。這是政府間氣候變遷專門委員會對所需清除量最大估計值的五分之一。
「粉碎岩石——這個想法太愚蠢了。但它確實有效，」Eion 聯合創始人兼首席創新長 Adam Wolf 說道，Eion 是一家增強岩石風化新創公司，出現在時間雜誌去年的最佳發明清單。
增強岩石風化聽起來似乎是理所當然的事。但它面臨著重大障礙，包括對潛在環境污染的擔憂以及如何測量和驗證碳清除的挑戰。還有人擔心，這個在減緩氣候變遷方面相對較新的項目可能會從長期優先事項中抽走資金，例如保護森林及其吸收碳的樹木（序號：21 年 7 月 13 日）。
由於化石燃料產業已經採用了一些二氧化碳去除方法，批評者也擔心，支持這些方法將使石油和天然氣生產商繼續排放而不是轉向清潔能源。
但現實是，世界距離實現減排目標還很遙遠，而且時間緊迫。正如政府間氣候變遷專門委員會所警告的那樣，現在需要減少排放和清除大氣中的二氧化碳。作家兼科學家加布里埃爾沃克 (Gabrielle Walker) 表示，唯一明智的做法是停止參與地盤爭奪戰，立即接受所有氣候解決方案——即使是新來者。
“如果我們到 2030 年不將氣候清除量提高到十億噸，”沃克說，“我們就無法實現我們的氣候目標。”
強化岩石風化作用如何發揮作用？
增強的岩石風化依賴於一個比恐龍還要古老的過程：岩石的分解和堆積。大氣中的水滴與二氧化碳結合形成碳酸。當弱酸落在火山岩上時，岩石中的矽酸鹽礦物質就會溶解。這種風化會釋放出植物所需的鈣、鎂和其他營養素，並形成穩定的碳酸氫根離子（帶淨電荷的分子）。碳酸氫鹽，HCO3–，捕獲大氣中的碳。
碳酸氫鹽從地下水流入溪流，最終流入海洋，珊瑚、蛤和其他生物用它來製造貝殼和骨骼。死亡後，這些動物會沉入海底，最後在俯衝帶回收到地球內部，一個板塊潛入另一個板塊之下。在火山噴出二氧化碳雲之前，碳會在地球內部保留數萬年或更長時間2並噴出含矽酸鹽的熔岩，重新開始循環。
天然岩石風化捕獲了約 11 億噸二氧化碳2每年。 1990年，德國出生的物理學家沃爾特·塞弗里茨指出，風化作用有助於應對氣候變遷。但直到 2006 年，荷蘭地球化學家奧拉夫·舒林建議傳播高活性橄欖石，一種常見於火山岩中的礦物質，在陸地上可以吸收多餘的二氧化碳2從空中。
風化作用
隨著岩石風化作用的增強，公司將火山岩粉末撒在農田上（插圖中的步驟 1）。大氣中的二氧化碳與水滴結合形成碳酸（2）。當酸雨落在岩石粉末上時，化學反應會將酸中的碳捕獲在碳酸氫鹽中（3），最終流入海洋（4）。
從那時起，研究蓬勃發展。其中大部分是由英國謝菲爾德大學勒弗休姆氣候變遷減緩中心牽頭的，該中心在多個大陸的實驗室和現場進行了研究。
在有希望的結果的刺激下，過去幾年已經成立了數十家增強岩石風化公司。有些已經傳播了玄武岩等火山岩，有些正處於試驗階段，有些只是一個引人注目的網頁。這些公司大多專注於農地。他們從礦場或採石場運出玄武岩，將其磨碎，運送到農場，然後每公頃撒佈約 25 噸。愛爾蘭矽酸鹽公司沒有使用玄武岩，而是使用矽酸鹽含量很高的剩餘混凝土。公司免費向農民提供土壤改良劑，目的是透過向微軟等希望抵消其碳足跡的大公司出售碳信用來創造收入。
總部位於荷蘭的 greenSand 公司採取了不同的方法，使用橄欖石礫石作為道路和邊緣、車道、裝飾石和墊料，以保持人造草坪的彈性。
其他公司正在探索這種可能性在海灘和海水上散佈岩塵，這不僅可以減少碳排放，還可以對抗海洋酸化（序號：4/26/24）。
強化岩石風化有什麼好處？
支持者說，與其他形式的二氧化碳去除相比，增強岩石風化具有多種優勢。該技術建立在自然過程的基礎上，這可能有助於增強該概念的可信度。它還建立在現有的工業流程（採礦和農業）的基礎上，可以實現快速擴大規模和合理的費用。
所有二氧化碳去除方法都需要能源、土地和水，在這些領域，增強岩石風化比直接空氣捕獲和碳捕獲和儲存生物能源等高科技方法具有競爭優勢，這是歐洲青睞的方法。此方法涉及種植甘蔗等農作物來吸收二氧化碳2然後燃燒植物，捕獲釋放的碳儲存在地下，並利用熱量來獲取能源。
岩石風化的能源需求主要與岩石的研磨和運輸有關，根據與農場的距離和粉末的細度等參數而變化很大（使用礦場留下的岩粉可以幫助節省能源）。但總的來說，岩石風化作用通常會增強所需能量僅為直接空氣捕獲的一半，Leverhulme 中心主任 David Beerling 及其同事於 2022 年在《通訊 地球與環境。該團隊研究了不同國家的二氧化碳去除技術。
直接空氣捕獲設備使用大型風扇和過濾器來吸收二氧化碳2從空中。據估計，可去除 10 億噸二氧化碳2這樣就需要大約 1,200 太瓦時的電力。這大約是 2019 年美國整個再生能源產業發電量的三倍。
「粉碎岩石——這個想法太愚蠢了。但它確實有效。
Adam Wolf，Eion 聯合創辦人兼首席創新官
除了節省能源之外，增強岩石風化還可以補充現有的土地利用。這與其他一些二氧化碳去除方法不同，例如利用碳捕獲和儲存的生物能源。一些研究人員表示，為了實現顯著的碳去除，這種種植和燃燒策略所需的土地總面積比印度還要大。 2 月發表的一項研究科學結論是透過碳捕獲和儲存擴大生物能源規模可能“威脅糧食安全和人權……並可能帶來不可逆轉的後果。”
Beerling 及其同事發現，增強岩石風化的另一個好處是，它只需要直接空氣捕獲、碳捕獲和儲存生物能源以及其他一些二氧化碳去除策略的十分之一或百分之一的水。
除了氣候效益之外，增強岩石風化還可以幫助農民。現代農業實踐——耕作土壤、清除死去的植物、單一種植以及施用殺蟲劑、除草劑和合成肥料——已經破壞了土壤結構，侵蝕了土地並酸化了土壤。當土壤變得太酸時，必需的營養素會被沖走，幫助植物生長的微生物也會受到損害。過量使用氮肥會導致一氧化二氮的形成，一種強效溫室氣體（序號：2018 年 1 月 31 日）。
農民已經將碎石灰石添加到田地中以提高土壤 pH 值。火山岩粉具有相同的效果，並且由於化學成分的差異，可以比石灰石從大氣中去除更多的碳。火山岩粉還可以釋放植物必需的營養物質，添加矽（這可能使植物對病原體更具抵抗力）並提高作物生產力。它甚至似乎可以減少一氧化二氮的排放。其中許多好處也來自再生農業技術，例如免耕農業和覆蓋作物的使用，旨在改善土壤健康。增強岩石風化作用與這些技術相容。
有什麼缺點？
儘管增強岩石風化的機制已廣為人知，但潛在的長期風險卻並非如此。最嚴重的問題是土壤中重金屬累積的可能性。
這一擔憂是在去年的聯合國氣候變遷大會，COP28（序號：12/15/23）。英國環境、食品和農村事務部首席科學顧問地球化學家吉迪恩·亨德森警告不要急於採用涉及純橄欖石的增強岩石風化方法。 「橄欖石的微量金屬含量很高，包括一些毒素，從長遠來看可能會造成嚴重的負面環境後果，」亨德森說。
如果植物吸收足夠高的含量並被人類攝入，橄欖石中的重金屬（例如鎳）可能會危害健康（少量的鎳對於植物生長至關重要）。對重金屬的擔憂源於這樣一個事實：重複應用可以增強岩石風化作用，從而增加金屬的含量。
研究顯示大氣中的二氧化碳含量減少了 2,150 億噸2假設每年每公頃使用 10 噸玄武岩，在 75 年的時間內。但一項研究假設常用的玄武岩施用量為每公頃 40 噸，結果表明，僅重複施用 10 年就可能超出該施用水準的安全限值。
Eion 的計畫位於美國東南部，使用橄欖石。該公司聯合創始人兼首席創新官沃爾夫指出，該地區土壤鎳含量很低，實際上建議使用鎳肥。此外，植物在酸性土壤中更容易吸收鎳，橄欖石可以糾正這一點。沃爾夫說：「據我所知，沒有一篇論文顯示橄欖石的實際毒性影響，」其中包括亨德森的一篇論文。
儘管如此，至少有一家新創公司沒有冒險。 Metalplant 是氣候智庫 Climitigation 的分支機構，在經過火山岩粉處理的田地種植吸收鎳的作物。然後該公司從工廠中提取鎳，目的是出售這種金屬。
還有一個問題是添加火山岩粉末或碎混凝土將如何影響土壤微生物。都柏林大學學院的地球化學家 Frank McDermott 是使用混凝土粉末的新創公司 Silicate 的科學領導者。雖然添加農業石灰後，微生物群落通常對土壤 pH 值的升高反應良好，但玄武岩和混凝土會帶來不同的礦物質和化學成分。他說，儘管進行了大量工作，科學家仍然不知道這些粉末的添加量（可能比石灰的數量更多）將如何影響土壤微生物分解有機物的能力，這對土壤健康至關重要。
「土壤儲存了大量有機碳，我們的目標是隨著時間的推移保護和增加它。但如果你添加系統外部的材料，而那裡的微生物以前從未見過玄武岩或混凝土，它們會如何反應？麥克德莫特問。
另一個未知數是這些岩石粉末可能對鄰近土地、湖泊或池塘的動植物產生影響，或者如果將岩石粉末撒入海洋，也會對海洋生物產生影響。
如何測量和驗證二氧化碳去除率
在二氧化碳去除這個充滿縮寫的世界裡，有一個雜亂的字母脫穎而出：MRV，用於測量、報告和驗證。準確的 MRV 對於評估技術的有效性並使公司能夠銷售碳信用額至關重要。
但如何測量看不見的東西呢？直接空氣捕獲機過濾 CO2從空氣中提取，並將其濃縮成純化形式，從而更容易測量。隨著岩石風化作用的增強，無法直接測量二氧化碳的含量2被拉下來。
公司目前使用多種衡量方法。例如，土壤釋放一定量的CO2透過正常的土壤呼吸進入大氣。岩粉的應用降低了CO的百分比2釋放。可以透過測量呼吸來推斷碳的去除。地下水樣本中的碳酸氫鹽含量是另一種測量方法，同時還可以量化岩粉的溶解量。 Eion 開發了自己的工藝，利用橄欖石中的微量元素，在岩石分解後留下「指紋」。
每種方法都存在不確定性，但同時使用多種方法可能有助於驗證碳去除是否已發生，並提供接近的碳去除量。
然而，對於試圖維持生計的小型新創公司來說，進行這些現場測量可能會成為一種負擔。出於這個原因，許多公司正在轉向模擬來預測 CO2去除率。
對這種方法持懷疑態度的人表示，模擬尚無法複製自然的複雜性。康乃爾大學的生態學家本傑明霍爾頓是第一批對玄武岩增強岩石風化進行實地研究的研究人員之一。他認為，可以在嚴格控制的小型試驗區域中準確測量碳減少。但是「將這些測量結果擴大到一英畝、幾英畝或數千英畝這樣大的面積仍然是不可能的。只是還沒有實現，」霍爾頓說。
霍爾頓補充說：「我認為我們看到的是新創公司文化與科學過程之間的衝突，新創企業文化希望一切順利，希望相信事情會成功——這一點非常重要——與保守、謹慎和深思熟慮的科學過程之間的衝突。 “事實是介於兩者之間。”
然而，一些研究人員指出模擬在研究氣候中的基本作用。 「如果你接受模型可以用來模擬更複雜的系統（例如氣候變遷），我認為期望我們能夠獲得足以確定岩石風化和二氧化碳去除率的模型並不是一個巨大的飛躍，」 Leverhulme 中心的地球工程師邁克·凱蘭(Mike Kelland) 說。
也許增加對碳清除估算的信心的一種方法是與獨立評級機構合作。 2022年，芬蘭碳信用平台Puro.earth開發了第一套增強岩石風化認證標準。 Puro.earth 希望這能鼓勵企業採用統一的測量方法，並安撫緊張的碳信用買家。
為了出售增強的岩石風化碳信用額，Puro.earth 要求公司提供顯示岩石風化的兩種不同訊號的現場數據，例如呼吸和碳酸氫鹽水平的測量值。新創公司也必須證明是碳酸，而不是其他土壤酸，使岩石風化了。公司還必須對二氧化碳進行量化測量2捕獲。 Puro.earth 需要證明田地不超過重金屬污染準則。
Puro.earth 聯合創始人兼標準負責人 Marianne Tikkanen 表示：“Puro.earth 堅信，只有經過嚴格量化和驗證的碳清除量才能獲得認可。” “任何增強風化項目都必須[驗證]其土壤條件，並明確且保守地量化所有各種不確定因素和逆轉風險的影響。”
北美、南美、英國和印度的新創公司正在使用 Puro.earth 的方法。 2023 年 4 月，微軟在 Puro.earth 的信用系統下從蘇格蘭公司 UNDO 購買了第一批基於增強岩石風化的碳信用。
未來
關於增強岩石風化的研究還遠遠沒有完成。在 2020 年發表的一項研究中自然貝爾林及其同事指出美國、中國、印度和巴西是最適合的主要農業國家用於立即部署增強岩石風化。該戰略可以幫助美國和中國抵消高達 10% 的減排目標。對印度來說，這個比例是 40%，對巴西來說，這個比例超過 100%。
將增強岩石風化與其他策略結合可能會產生更大的效果。將岩粉與生物能源一起使用並進行碳捕獲和儲存可以改善原料作物的健康。將其添加到其他基於自然的方法中可以使農業用地成為更有效的碳匯。
“如果我們到 2030 年不將氣候清除量提高到十億噸，我們就無法實現我們的氣候目標。”
加布里埃爾沃克，作家和科學家
不過，迄今為止，美國和歐洲的大部分碳清除政府資金都用於直接空氣捕獲等高科技解決方案。但這種平衡可能會發生輕微的變化。 5 月，美國能源部向 Eion 等五個增強岩石風化計畫授予每個計畫 5 萬美元的資金，以擴大該技術的規模。歐盟最近允許加強風化倡導者申請考慮作為歐洲的最終清除策略。
沃克說，在這個全力以赴的時刻，合作和開放的態度可能是避免氣候變遷最壞影響的關鍵。所有碳去除解決方案都需要支援。 「這不是零和遊戲，」她說。 “這是以我們需要的速度實現淨零排放的嘗試。”
