世界正在迅速意识到，可能需要积极地将二氧化碳从大气中抽出，以避免气候变化带来的不良影响。科学家和工程师提出了各种技术，但大多数技术都极其昂贵，且不会产生任何收入。没有人愿意承担费用。
一项新的计算机模拟研究表明，过去十年探索的一种方法现在可能更接近实用化。该过程涉及将空气中的二氧化碳泵入甲烷水合物中，甲烷水合物是位于海底500至1000米深水下的巨大冰水和甲烷沉积物，二氧化碳将在那里永久储存或隔离。进入的二氧化碳将排出甲烷，甲烷将被输送到地面并燃烧以发电，为隔离操作提供动力或带来收入以支付费用。
墨西哥湾沿岸和其他海岸线存在许多甲烷水合物矿藏。排放二氧化碳的大型发电厂和工业设施也遍布墨西哥湾沿岸，因此一种选择是直接从附近的烟囱捕获气体，从一开始就将其排除在大气之外。这些工厂和行业本身可以为产生的电力提供现成的市场。
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甲烷水合物是冷冻的、晶格状的水分子沉积物。这种松散的网络具有许多空的、分子大小的孔隙或“笼子”，可以捕获从下方岩石裂缝中上升的甲烷分子。计算机模拟表明，如果注入高浓度的氮气，用二氧化碳排出甲烷的过程会大大增强，并且气体交换是一个两步过程。（氮气在任何地方都很容易获得，因为它占地球大气的 78%。）第一步，氮气进入笼子；这会使被困的甲烷不稳定，甲烷会逃离笼子。在单独的一步中，氮气帮助二氧化碳在空笼子中结晶。扰乱后的系统“试图达到新的平衡；平衡倾向于更多的二氧化碳和更少的甲烷，”领导了这项研究的克里斯·达内尔说，该研究于 6 月 27 日发表在《水资源研究》杂志上。达内尔在获得德克萨斯大学地球科学博士学位后，最近加入了石油工程软件公司 Novi Labs，担任数据科学家，该研究是在那里进行的。
一组实验室、大学和公司在 2012 年在阿拉斯加北坡进行了有限的可行性试验，那里的甲烷水合物形成于深层永久冻土下的砂岩中。他们将二氧化碳和氮气通过管道送入水合物中。一些二氧化碳最终被储存起来，一些甲烷通过同一管道释放出来。这就是实验的预期目标。“很高兴克里斯 [达内尔] 能从那次经历中取得进展，”美国能源部国家能源技术实验室的雷·博斯韦尔说，他是阿拉斯加实验的领导者之一，但没有参与这项新的研究。新的模拟还表明，如果二氧化碳从水合物矿藏的一端进入，而甲烷从较远的一端收集，那么二氧化碳与甲烷的交换可能会更广泛，并且发生得更快。
这项技术在概念上与史蒂文·布莱恩特和德克萨斯大学其他人在 2010 年代初期研究的一项技术有些相似。除了大量的甲烷水合物矿藏外，墨西哥湾沿岸在海岸线下的沉积岩中还有大量热盐水池。在这个系统中，泵会将二氧化碳送入矿藏的一端，这会将盐水推入另一端放置的管道，然后返回地面。在那里，热盐水将流经热交换器，从中提取热量并用于工业过程或发电。涌出的盐水还含有一些甲烷，可以虹吸出来燃烧。二氧化碳溶解到地下盐水中，变得致密并沉入地下更深处，理论上它会留在那里。
这两种系统都面临着巨大的实际挑战。其中之一是产生集中的二氧化碳流；二氧化碳仅占空气的 0.04%，约占典型发电厂或工业设施烟囱排放物的 10%。如果一个高效的甲烷水合物或盐水系统需要 90% 的二氧化碳输入，例如，浓缩气体将需要大量的能量，这使得该过程非常昂贵。“但如果你只需要 50% 的浓度，那可能更具吸引力，”布莱恩特说，他现在是卡尔加里大学的化学和石油工程教授。“你必须降低 [二氧化碳] 的捕获成本。”
甲烷水合物方法的另一个主要挑战是如何收集释放的甲烷，甲烷可能会简单地通过无数裂缝向各个方向渗出。“你会用什么样的井[和管道]结构来抓住它？”布莱恩特问道。
鉴于这些现实情况，今天几乎没有经济动机利用甲烷水合物来隔离二氧化碳。但是，随着大气中二氧化碳浓度升高和地球进一步变暖，能够捕获气体并提供能源或收入来运行该过程的系统，可能比仅仅将二氧化碳从空气中抽出并将其锁起来，而没有任何回报的技术更可行。