CO₂ 矿化封存（玄武岩）技术研究调研报告

报告编号：OGG-A-013 出品方：北京经纬智汇信息咨询有限公司 报告日期：2026年7月 保密级别：内部参考 版本：V1.0 报告级别：A 级专题

执行摘要

本报告聚焦 CO₂ 玄武岩矿化封存（Basalt Carbon Mineralization）这一新兴负碳技术路线，从技术原理、发展脉络、全球项目、专利壁垒、市场格局、成本经济性、政策环境到未来趋势进行了全时间轴、多层次的系统性调研。核心发现如下：

技术层面，玄武岩矿化封存通过将 CO₂ 溶解于水后注入富含钙、镁、铁离子的玄武岩地层，在两年内即可将 CO₂ 固化为稳定的碳酸盐矿物（方解石、菱镁矿、菱铁矿等），实现"注入即封存"的永久固碳。相比传统超临界 CO₂ 咸水层封存动辄需要数百至上千年的监测周期，玄武岩矿化在永久性、抗泄漏、低监测成本三个维度具备结构性优势。冰岛 CarbFix 项目已用同位素示踪法证实，注入的 CO₂ 中超过 95% 在两年内完成矿化，这是该技术区别于传统 CCS 的决定性证据。当前技术成熟度处于 TRL 7–8 之间，正处于从示范验证走向商业化放大的关键窗口期。

市场层面，玄武岩矿化封存归属于快速扩张的碳去除（CDR）赛道。全球 CDR 预购市场在 2024 年成交量接近 800 万吨，其中微软一家占据约 64% 的采购份额，成为该市场的绝对锚定买家。矿化封存凭借其永久性（封存期 >1000 年）在耐久性 CDR 细分市场中占据高价值定位，碳信用单价普遍高于短期的自然碳汇路线。头部企业 CarbFix（冰岛）已获得基础设施投资巨头 Stonepeak 的重大注资，其跨境矿化枢纽 Coda Terminal 计划将冰岛打造为欧洲 CO₂ 的永久封存目的地。

成本层面，玄武岩原位矿化的封存环节成本约为每吨 20–30 美元，显著低于直接空气捕集（DAC）每吨 700–2,000 美元的综合成本。但需注意，矿化封存本身不包含 CO₂ 捕集成本，其经济性高度依赖于低成本 CO₂ 源（如地热电站、生物质电厂尾气）的可获得性。

资源潜力层面，全球玄武岩资源封存潜力极为可观：陆上大陆溢流玄武岩的理论封存容量达到数百吉吨（Gt）级别，而海底玄武岩的理论封存潜力更是高达约 40,000 吉吨，远超人类历史累计碳排放总量，从资源禀赋角度不构成瓶颈。

竞争格局层面，赛道已形成以 CarbFix 为技术标杆、44.01（阿曼超基性岩路线）、Cella Mineral Storage（肯尼亚）等为代表的多极竞争态势，各玩家依托不同地质条件（玄武岩 vs 橄榄岩/蛇绿岩）形成差异化技术路线。中国在海南、福建等地的玄武岩资源及南海海底玄武岩具备潜在战略价值，但示范项目起步较晚。

核心风险包括：水资源消耗（原位矿化需大量水溶解 CO₂）、优质玄武岩场址的地理局限性、大规模注入可能诱发微地震、长期监测技术标准尚不统一、以及规模化经济性仍待验证。

基于上述发现，本报告在结论部分提出分阶段决策建议：近期锁定技术验证确定性高的成熟路线、中期密切跟踪 CarbFix 转址进展与 Stonepeak 资本动向、中长期布局中国海南陆上玄武岩与南海海底玄武岩的战略机会窗口。

01 · 调研背景与目标

1.1 调研缘起与问题意识

全球气候治理已从"减排"单一维度迈向"减排 + 移除"的双轨并行阶段。联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）在其评估报告中明确指出，要实现《巴黎协定》1.5℃ 温控目标，仅靠减少排放已不足够，必须在本世纪中叶前部署大规模的二氧化碳移除（Carbon Dioxide Removal, CDR）技术，从大气中净移除数十至上百吉吨的 CO₂。

在众多 CDR 技术路线中，碳封存的"永久性"（durability）成为核心评价指标。传统的地质封存（将超临界 CO₂ 注入枯竭油气藏或深部咸水层）虽然技术成熟，但存在长期泄漏风险，需要持续数百年的监测投入，且碳信用买家对其永久性存疑。在此背景下，玄武岩矿化封存作为一种能在数年内将 CO₂ 转化为固态岩石、实现物理化学层面永久固定的技术，迅速获得学术界、产业界与碳信用市场的高度关注。

本次调研旨在为委托方厘清这一新兴技术的真实成熟度、全球产业进展、竞争格局与投资价值，为潜在的技术跟踪、项目布局或投资决策提供系统性依据。

1.2 核心调研问题

本报告围绕以下核心问题展开：

其一，玄武岩矿化封存的技术原理是什么，相比传统 CCS 的核心优势与技术边界在哪里？其二，该技术当前处于何种成熟度，全球有哪些标杆性项目及其真实进展？其三，市场规模、竞争格局与主要玩家的战略态势如何？其四，成本经济性现状与下降路径如何？其五，对委托方而言，存在哪些机遇窗口与决策要点？

1.3 调研范围界定

本报告采取全球视野，地域重点覆盖冰岛、美国、阿曼、印度、中国、欧洲、东非等玄武岩/超基性岩矿化的主要活跃区域。技术范围以玄武岩原位（in-situ）矿化为核心，同时纳入橄榄岩/蛇绿岩超基性岩矿化、海洋玄武岩矿化等关联路线进行对比。研究颗粒度覆盖宏观（全球 CDR 市场趋势）、中观（细分竞争格局与产业链）、微观（代表性企业与项目案例）三个层次。

1.4 调研方法说明

本报告采用多源信息交叉验证的调研方法，信息来源涵盖学术论文（Nature、Science 及相关地球科学期刊）、权威机构报告（IEA、Global CCS Institute、IPCC、美国能源部 NETL/PNNL 等）、企业官方公告与行业媒体报道。数据处理遵循定性与定量结合原则，关键结论均以数据支撑并辅以案例佐证。所有引用信息均标注来源机构与年份，并在配套《参考文献汇总》中按 GB/T 7714–2015 标准著录，附五级可信度评级。

02 · 技术现状全景

2.1 技术定义与核心原理

CO₂ 矿化封存（Carbon Mineralization / Mineral Carbonation）是指将二氧化碳与富含钙、镁、铁的硅酸盐矿物发生化学反应，生成热力学稳定的固态碳酸盐矿物，从而实现 CO₂ 永久固定的技术。当封存介质选用玄武岩时，即为本报告的核心对象——玄武岩矿化封存。

其化学本质可用简化的反应路径表述。玄武岩富含钙长石、辉石、橄榄石等含钙、镁、铁的硅酸盐矿物。当溶解了 CO₂ 的酸性水溶液注入玄武岩地层后，酸性环境促使玄武岩中的金属阳离子（Ca²⁺、Mg²⁺、Fe²⁺）溶出，随后这些阳离子与溶液中的碳酸根/碳酸氢根结合，沉淀为碳酸盐矿物。核心反应可概括为：

其一，CO₂ 溶于水形成碳酸并电离：CO₂ + H₂O → H₂CO₃ → H⁺ + HCO₃⁻。

其二，酸性溶液溶蚀玄武岩释放金属阳离子，以含钙硅酸盐为例：CaSiO₃ + 2H⁺ → Ca²⁺ + H₂O + SiO₂。

其三，金属阳离子与碳酸氢根反应沉淀为碳酸盐矿物：Ca²⁺ + 2HCO₃⁻ → CaCO₃↓ + H₂O + CO₂（净反应中碳被固定为方解石）。对镁、铁而言则分别生成菱镁矿（MgCO₃）与菱铁矿（FeCO₃），在玄武岩环境中实际形成的多为镁铁钙固溶体碳酸盐及白云石类矿物。

这一过程的关键在于，最终产物是与围岩浑然一体的固态矿物，CO₂ 被"锁"在岩石晶格中，理论上可稳定存续数千至数百万年，实现了真正意义上的永久封存。

2.2 玄武岩作为封存介质的独特优势

玄武岩之所以成为矿化封存的理想介质，源于其独特的岩石学与地球化学特性。

第一，高活性金属含量。玄武岩富含钙、镁、铁的硅酸盐矿物，为矿化反应提供了充足的阳离子供体，其钙镁氧化物含量远高于砂岩、页岩等常见沉积岩，理论矿化容量大。

第二，快速矿化动力学。玄武岩中的活性矿物在酸性含水环境下溶解速率较快，配合玄武岩发育的裂隙与孔隙结构，CO₂ 与矿物的接触反应效率高，使得矿化能在数月至两年的时间尺度内完成，这一速度远超此前学界对硅酸盐风化"需地质年代尺度"的传统认知。

第三，良好的渗透性与孔隙结构。玄武岩在冷凝过程中常形成柱状节理、气孔、裂隙等构造，为 CO₂ 溶液的注入、运移和反应提供了空间通道，同时矿化产物又能在一定程度上填充孔隙，形成自封闭效应。

第四，全球广泛分布。玄武岩是地球上分布最广的火成岩之一。陆地上，大陆溢流玄武岩省（如印度德干高原、美国哥伦比亚河玄武岩群、西伯利亚暗色岩、中国峨眉山玄武岩等）覆盖广阔面积；海洋中，占地球表面积约 70% 的洋壳基本由玄武岩构成，洋中脊玄武岩资源近乎无限。这为技术的规模化部署提供了充足的地质基础。

2.3 矿化封存与传统地质封存的对比

玄武岩矿化封存与传统的咸水层/枯竭油气藏 CO₂ 地质封存（Conventional CCS）在多个维度存在本质区别。为清晰呈现，列表对比如下。

从表中可见，玄武岩矿化封存的核心竞争力在于永久性与低泄漏风险，这直接回应了碳信用市场对"耐久性"的核心诉求；其主要代价是水资源消耗与对特定地质条件的依赖。

2.4 原位矿化与异位矿化的技术路线

矿化封存在工程实现上分为两条主要路线。

原位矿化（in-situ mineralization）是指直接在地下玄武岩地层中完成矿化反应。将捕集到的 CO₂ 溶于水，通过注入井泵入地下玄武岩含水层，在天然地质条件下发生矿化。冰岛 CarbFix、美国 Wallula 项目均属此类。其优点是无需开采搬运岩石、利用天然地质空间、单位成本低；缺点是受地质条件约束、需大量注入水、且反应过程难以精确控制。

异位矿化（ex-situ mineralization）是指将玄武岩、橄榄岩或工业固废（如钢渣、粉煤灰、尾矿）开采、破碎、研磨后，在地表反应器中与 CO₂ 接触反应。其优点是反应条件可控、可利用工业固废、不依赖特定地质构造；缺点是开采、破碎、研磨的能耗与成本高，规模化经济性较差。目前商业化项目以原位路线为主流，异位路线更多用于工业固废消纳等特定场景。

2.5 关键技术参数

玄武岩原位矿化涉及的核心技术参数包括：CO₂ 注入方式（主流为"溶于水后注入"的 CarbFix 方案，相比早期设想的超临界注入更利于快速矿化并降低浮力泄漏风险）、水耗比（每吨 CO₂ 通常需要溶解于约 20–25 吨水中，视地层条件而定）、注入温度窗口（地热区中低温环境有利于反应，冰岛项目利用地热井附近条件）、矿化速率（CarbFix 验证约 95% 以上 CO₂ 在两年内矿化）、以及封存容量估算（基于玄武岩体积、有效孔隙度、活性矿物含量综合测算）。

2.6 发展脉络与成熟度评估

玄武岩矿化封存的技术演进大致可分为三个阶段。

概念探索阶段（2000 年代初至 2000 年代末）：学界基于对硅酸盐自然风化固碳的观察，提出人工加速矿化封存 CO₂ 的构想。冰岛与美国的研究团队相继启动实验室与场地前期研究，论证玄武岩矿化的可行性。

示范验证阶段（2010 年代）：冰岛 CarbFix 项目（依托雷克雅未克能源公司 Hellisheiði 地热电站）于 2012 年前后启动首次现场注入，并在 2016 年通过同位素示踪等手段发表关键成果，证实注入 CO₂ 的绝大部分在两年内完成矿化，成为技术可行性的里程碑证据。同期，美国 Wallula 项目在华盛顿州哥伦比亚河玄武岩群完成注入试验并验证了碳酸盐矿物的生成。

商业化放大阶段（2020 年代至今）：CarbFix 推出面向商业化的 Coda Terminal 跨境矿化枢纽计划，44.01、Cella 等初创企业获得融资并在阿曼、肯尼亚等地推进项目，微软等大型买家开始签署矿化封存碳信用采购协议。当前技术整体处于 TRL 7–8，即技术已在实际或接近实际的环境中得到验证，正向首批商业化项目过渡，尚未实现大规模、多地复制的完全商业成熟（TRL 9）。