这篇文档属于类型a，即报告了一项原创性研究。以下是针对该研究的学术报告：
作者与机构
本研究由Mardin Abdalqadir、Sina Rezaei Gomari、David Hughes、Ahmed Sidiq和Feysal Shifa共同完成。其中，Mardin Abdalqadir、Sina Rezaei Gomari、David Hughes和Ahmed Sidiq来自英国提赛德大学（Teesside University）的工程系，Feysal Shifa则来自Scott Bros Limited公司。该研究于2023年9月17日发表在《Journal of Cleaner Production》上，文章编号为424卷，138914页。
学术背景
本研究的主要科学领域是碳捕集与封存（Carbon Capture and Storage, CCS），特别是通过矿物碳化（Mineral Carbonation, MC）和增强风化（Enhanced Weathering, EW）技术实现二氧化碳（CO₂）的长期封存。全球气温上升和温室气体（GHG）排放的加剧促使科学家们寻找有效的碳减排方法。研究表明，到2100年，如果每年不能从大气中直接移除3.3吉吨（Gt）的CO₂，全球气温将上升2°C。因此，除了限制温室气体排放外，减少大气中已有的CO₂浓度也至关重要。增强风化技术通过溶解地表硅酸盐矿物来移除大气中的CO₂，而矿物碳化则通过人工促进土壤中碳酸盐矿物的形成来实现CO₂的永久封存。本研究旨在评估英国东北部农业用地上使用废粘土（waste clay）作为过滤饼（filter cake）进行矿物碳化和增强风化的潜力，并通过基于过程的生命周期评估（Life Cycle Assessment, LCA）量化其CO₂减排效果。
研究流程
研究分为以下几个主要步骤：
1. 废粘土的生产与表征
废粘土来自Scott Bros Limited公司，该公司每年处理约25万吨废粘土，并将其加工成过滤饼。研究首先对过滤饼进行了化学组成、湿度、pH值和矿物学组成的分析。通过X射线荧光光谱（XRF）和X射线衍射（XRD）技术，确定了过滤饼中主要元素（如钙、镁、硅等）的含量及其矿物组成。结果显示，过滤饼主要由石英、斜长石、绿泥石等矿物组成，钙和镁的含量分别为15.26%和3.89%。
2. 增强风化和矿物碳化的化学过程
研究详细描述了增强风化和矿物碳化的化学反应过程。增强风化涉及CO₂与水反应生成碳酸，碳酸进一步与硅酸盐矿物反应释放出钙、镁离子和碳酸氢根离子。矿物碳化则是在土壤中生成碳酸盐矿物，从而实现CO₂的永久封存。研究通过化学方程式量化了这两种过程的CO₂封存潜力。
3. 生命周期评估（LCA）
研究采用基于过程的LCA方法，评估了从废粘土收集、运输、加工到在农业用地上施用的全过程中的CO₂排放。LCA包括以下几个阶段：废粘土的收集、运输、过滤饼的生产、运输到农田、以及在农田上的施用。研究假设过滤饼的施用率为11.2吨/公顷，并计算了在26年（2024年至2050年）内英国东北部58万公顷农业用地的CO₂封存潜力。
4. 数据分析与结果计算
研究通过公式计算了过滤饼的CO₂封存潜力，并比较了增强风化和矿物碳化的效果。结果表明，每吨过滤饼通过矿物碳化和增强风化分别可以封存0.16吨和0.29吨CO₂当量。基于58万公顷的农业用地，研究计算了总CO₂封存潜力及其对应的CO₂排放量。
主要结果
1. CO₂封存潜力
研究表明，每吨过滤饼通过矿物碳化和增强风化分别可以封存0.16吨和0.29吨CO₂当量。在58万公顷的农业用地上，施用过滤饼可以在26年内封存0.77至1.62百万吨CO₂当量，而全过程的CO₂排放量仅为0.27百万吨CO₂当量。
2. 生命周期评估结果
LCA结果显示，过滤饼的生产和运输是CO₂排放的主要来源。每年因过滤饼生产产生的CO₂排放量为3096.7吨，运输过程中产生的CO₂排放量为2873.83吨。尽管如此，增强风化和矿物碳化的CO₂封存潜力仍远高于其排放量。
3. 颗粒大小对风化速率的影响
研究指出，颗粒大小是影响风化速率的关键因素。过滤饼的平均颗粒大小小于2毫米，无需进一步的粉碎过程，从而降低了能耗。与需要粉碎的岩石相比，过滤饼在农业用地上的应用更具能源效率。
结论
本研究证明了在英国东北部农业用地上使用废粘土进行矿物碳化和增强风化的巨大潜力。通过26年的应用，废粘土可以封存0.77至1.62百万吨CO₂当量，而全过程的CO₂排放量仅为0.27百万吨CO₂当量。这不仅为减少大气中的CO₂浓度提供了有效途径，还促进了废物的资源化利用，符合循环经济的原则。此外，过滤饼的细颗粒特性避免了额外的粉碎过程，进一步降低了能耗和CO₂排放。
研究亮点
1. 创新性方法
本研究首次将废粘土应用于矿物碳化和增强风化，并通过基于过程的LCA量化了其CO₂封存潜力和排放量。
2. 显著的环境效益
研究表明，废粘土的应用可以在26年内封存大量CO₂，同时减少非危险建筑和拆除废物的产生，为英国的“净零”目标做出了重要贡献。
3. 实际应用价值
该研究为农业用地的碳减排提供了可行的技术方案，并为其他地区的类似应用提供了参考。
其他有价值的内容
研究还讨论了过滤饼的矿物组成、颗粒大小和土壤条件对CO₂封存潜力的影响，并提出了未来研究的建议，包括在真实农田环境中进行长期监测，以进一步验证其效果。
这篇研究为碳减排和废物资源化利用提供了重要的科学依据和实践指导，具有广泛的应用前景。