Til þessa hefur niðurdæling á gróðurhúsalofttegundinni koltvísýringi (CO2) djúpt í jarðlög einkum farið fram í olíu- og gaslindum ásamt gegndræpum berglögum á sjávarbotni. Ekki hefur verið sýnt fram á með óyggjandi hætti að engin hætta sé á því að koltvísýringurinn berist til yfirborðs miðað við núverandi aðferðir. Í CarbFix verkefninu er markmiðið hins vegar að binda CO2 varanlega í jarðlögum sem steind þannig að engin hætta sá á því að koltvísýringurinn berist til yfirborðs.

 

Basalt er ein hvarfgjarnasta bergtegund sem finnst í jarðskorpunni og inniheldur steindir sem hafa mikla getu til að binda koltvísýring (CO2). Meira en 90% af berggrunni Íslands er basalt. Binding koltvísýrings sem kalsíum karbónat eða kalsít í basalti er vel þekkt náttúrulegt ferli í jarðhitasvæðum. Þegar kvika storknar losnar CO2 og berst upp í jarðlögin. Hluti af koltvísýringnum getur hvarfast við jónir úr basaltinu eins og kalsíum (Ca+2), magnesíum (Mg+2) og járn (Fe+2) og myndað karbónöt eins og kalsít. Þannig er koltvísýringur bundinn á náttúrulegan hátt sem steind í þúsundir ára í jarðhitasvæðum.  CarbFix verkefnið hefur það að markmiði að hvetja þá náttúrulegu ferla sem binda CO2 á jarðhitasvæðum.

Þegar koltvísýringur er leystur upp í grunnvatni verður vatnið súrt. Þegar súrum vökvanum er dælt niður í jarðlög kemst hann í snertingu við basaltið og það eiga sér stað efnahvörf sem m.a. leysa jónir eins og kalsíum (Ca+2) úr berginu sem berast út í vökvann. Þessi efnahvörf valda því að með tímanum verður súr vökvinn hlutlaus og steindir eins og karbónöt falla út. Þannig binst sá koltvísýringur sem dælt er niður í basaltið sem steind í þúsundir ára.

Við tilraunir í rannsóknarstofu hafa bandarískir vísindamenn sýnt fram á að steindin kalsít myndast á fjórum til sex vikum þegar basalt hvarfast við vatn sem er mettað af CO2. Ennfremur sýndu niðurstöðurnar að umtalsvert magn af kalsíti myndaðist innan nokkurra mánaða. Það er hins vegar óljóst hversu hratt CO2 binst basalti í náttúrunni en meginhvatinn í CarbFix verkefninu er að varpa ljósi á það með því að dæla koltvísýringi niður í berglög og fylgjast með hversu hratt CO2 binst sem steintegund.

Ýmsar aðferðir verða nýttar til að fylgjast með því og sannreyna að það CO2 sem dælt verður niður í jarðlög bindist þar varanlega og á öruggan hátt. Þessar aðferðir (þ.e. notkun CO2 skynjara, mælingar á losun CO2 um yfirborð, viðnámsmælingar, endurheimt kenniefna og greiningar á grunnvatnssýnum) eru nauðsynlegar til að fylgjast með því magni af CO2 sem binst á tilteknu svæði, fylgjast með hugsanlegum leka til yfirborðs, að rekja flæði CO2 neðanjarðar, að fylgjast með efnahvarfi CO2, grunnvatns og basalts og að sýna fram á að CO2 bindist varanlega í basalti.

Ísland hentar einkar vel til að þróa nauðsynlega tækni og aðferðir til að binda CO2 í berglögum. Ástæðurnar eru meðal annars þessar:
1) Meira en 90% af bergrunni Íslands er úr basalti sem inniheldur ríkulegt magn af málmjónum eins og kalsíum (Ca+2), magnesíum (Mg+2) og járni (Fe+2). Þessar málmjónir eru byggingarefnið sem nýtt er í myndun karbónatasteinda.
2) Í krafti áratuga reynslu á sviði jarðhitavirkjana eru Íslendingar meðal þeirra þjóða sem hafa yfir að ráða þeirri vísinda- og tækniþekkingu sem er nauðsynleg til rannsókna í stórum skala úti í náttúrunni á árangursríkan hátt og til að þróa áfram þá tækni sem verður til í CarbFix verkefninu.
Auk CarbFix verkefnisins á Íslandi þá er verkefnið „Big Sky Regional Partnership“, eitt af sjö verkefnum á vegum iðnaðarráðuneytis Bandaríkjanna þar sem unnið er að því að fanga og binda CO2. Í „Big Sky“ verkefninu er verið að gera tilraun með að dæla niður CO2 í  basalt, hið svonefnda „Columbia River Basalt“ í norðvestur hluta Bandaríkjanna, þar sem fylgst verður með bindingu CO2 sem steindar (http://www.bigskyco2.org/).

Til að binding CO2 sem steindar takist, þurfa að vera til staðar tvíhlaðnar katjónir eins og kalsíum (Ca+2), magnesíum (Mg+2) og járn (Fe+2). Basalt inniheldur mikið af þessum jónum sem gerir það að  tilvöldum efnivið fyrir bindinguna. Basalt er algeng bergtegund í jarðskorpunni en meira en 10% af jarðskorpu meginlandanna er basalt. Það er jafnvel enn áhugaverðara að flest meginlönd jarðar eru umlukin gríðarstórum basaltmyndunum þannig að þjóðir sem eiga land að sjó ættu að hafa aðgang að svæðum þar sem mögulegt er að binda CO2 sem steintegund. Samanlagt ætti basalt bæði á landi og í sjó að geta bundið allan þann koltvísýring sem frá manninum kemur í nánustu framtíð.

CarbFix verkefnið er samstarfsverkefni Orkuveitu Reykjavíkur, Háskóla Íslands, Kólumbía háskóla í New York og Franska rannsóknarráðsins í Toulouse.  Rannsóknin er undir faglegri stjórn dr. Sigurðar Reynis Gíslasonar jarðefnafræðings hjá jarðvísindastofnun Háskóla Íslands og verkefnastjóri er Hólmfríður Sigurðardóttir sviðsstjóri hjá Orkuveitu Reykjavíkur. Auk þess sitja í vísinda- og framkvæmdaráði verkefnisins þeir dr. Wallace Broecker og dr. Juerg Matter frá Kólumbía Háskóla, dr. Einar Gunnlaugsson yfirmaður rannsókna og Jakob S. Friðriksson framkvæmdastjóri hjá Orkuveitu Reykjavíkur, dr. Andri Stefánsson hjá Jarðvísindastofnun Háskóla Íslands og dr. Eric Oelkers hjá rannsóknarráði Frakklands í Toulouse
 
Orkuveita Reykjavíkur leggur til land undir tilraunina, búnað, aðstöðu ásamt sérfræði- og tækniþekkingu sem aflað hefur verið í tenglum við byggingu Hellisheiðarvirkjunar. Í því sambandi er vert að nefna að fjöldi starfsmanna Orkuveitunnar ásamt samstarfsaðilum hjá Íslenskum orkurannsóknum og verkfræðistofunni Mannviti hefur tekið þátt í undirbúningi verkefnisins, hönnun og rekstri búnaðarins, en stefnt er að því að hefja niðurdælingu á koltvísýringi frá virkjuninni vorið 2010. Í raun hefur verið búið svo um hnútana að vísindamennirnir geta nú fært rannsóknir sínar út í náttúruna og sannrænt þær þar.

Kólumbía háskóli kemur að rannsóknum á notkun og endurheimt svokallaðra kenniefna sem sett eru niður í berggrunninn til að unnt sé að kortleggja hann áður en niðurdæling á koltvísýringnum hefst. Orkuveitan, Háskóli Íslands og Rannsóknarráð Frakklands bera hita og þunga af vinnu við tilraunir, líkanreikninga og vöktun og njóta við það aðstoðar frá Kólumbía háskóla. Háskólarnir og rannsóknarráð Frakklands í Toulouse hafa ráðið nokkurn hóp doktorsnema sem vinna að verkefnum sem eiga m.a. að varpa ljósi á hraða þeirra efnahvarfa sem eiga sér stað í berggrunninum þegar koltvísýringi er dælt niður í hann. Þannig verða til svör við því hversu langan tíma og við hvaða aðstæður koltvísýringurinn binst basalti. Verkefnið mun því geta af sér mannskap sem hefur þekkingu til að bera til að nýta niðurstöður rannsóknarinnar til framtíðar.