船舶加速石灰岩风化实现CO2 封存的潜力研究：从实验室验证到海洋模型预测

为应对航运业碳排放难题，研究人员创新性提出利用船舶进行加速石灰岩风化（AWL）的碳封存方案。通过实验室反应器模拟和ECCO-Darwin海洋模型验证，证实该方法可同步提升海水碱度和DIC（溶解无机碳），10年内实现航运碳排放减半且对海洋pH和PCO2 影响微小（<1.4%），为海洋碳汇技术提供新路径。

　　

全球航运业贡献了约3%的CO₂
排放，国际海事组织（IMO）要求2050年前减排50%，但现有技术难以兼顾效率与生态安全。海洋天然通过钙循环（CaCO₃
溶解）中和大气CO₂
，但自然过程需数千年。加速石灰岩风化（AWL）模拟这一机制，将船舶废气与石灰岩反应生成HCO₃
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封存于海洋，理论上可稳定存在万年级时间尺度。然而，如何实现高效反应且避免海洋化学扰动成为关键挑战。

美国研究团队通过四单元填充柱搅拌反应器（PCST）实验，结合最新方解石溶解动力学模型，验证了船舶AWL的可行性。实验室采用5% CO₂
模拟废气，在125-250 μm石灰岩颗粒、30%固含率条件下实现56%瞬时效率（碱度提升3000 μmol/kg）。ECCO-Darwin模型模拟洛杉矶-上海航线10年连续排放显示，表层海水碱度和DIC仅增加1.4%，pH变化<0.005，CO₂
逸出增量不足自然通量的2.5%。

研究方法
团队建立实验室级PCST反应器系统，分离CO₂
吸收柱（AC）与溶解槽（DT），通过同位素标记法校准溶解速率方程。采用ECCO-Darwin数据同化模型（1/3°分辨率）追踪高碱度水团扩散，输入参数基于10,000 TEU集装箱船每日消耗12 TEU石灰岩（孔隙率50%）的情景。

结果解析

1. 反应器设计优化：逆流模式比顺流效率提升35%，因酸性海水优先接触新鲜石灰岩。粒径<100 μm时溶解速率呈指数增长，但需平衡悬浮能耗。
2. 海洋化学影响：模型显示北太平洋亚极地环流区碱度累积最显著，但DIC/碱度1:1的增量使Ω_方解石
   饱和度保持稳定，避免珊瑚礁等钙化生物风险。
3. 航运适配性：船舶螺旋桨湍流可实现710倍即时稀释，使排放口水体P_CO2
   从20,000 ppm骤降至环境值+8 ppm。

结论与展望
该研究首次将AWL技术与航运运营结合，证明其兼具碳封存规模性与生态安全性。通过催化溶解（如碳酸酐酶）或后置石灰岩填充床可进一步提升效率。需注意1%表层碱度增量可能改变浮游生物群落结构，后续需开展中尺度实验。论文发表于《SCIENCE ADVANCES》，为IMO 2050目标提供了可工程化的解决方案，同时启示沿海电厂等固定排放源的AWL应用潜力。