Нова техніка перетворює звичайне каміння на машини для вловлювання вуглецю

Як це працює

Наші нинішні технології вловлювання вуглецю є дорогими, енергозатратними і додатково потребують рішень для зберігання зібраного матеріалу. Дослідники зі Стенфордського університету пропонують іншу стратегію: змусити каміння робити все за нас, повідомляє 24 Канал з посиланням на дослідження, опубліковане в Nature.

Хіміки Метью Канан і Юксуан Чен розробили процес, який використовує тепло для перетворення мінералів на матеріали, що поглинають вуглекислий газ назавжди. Цей процес є практичним і недорогим. Крім того, винайдений матеріал може використовуватися в сільському господарстві, фактично вбиваючи двох зайців одним пострілом.

Земля має невичерпні запаси мінералів, здатних поглинати вуглекислий газ з атмосфери, але вони просто не реагують достатньо швидко, щоб протидіяти антропогенним викидам парникових газів. Наша робота вирішує цю проблему у спосіб, який, на нашу думку, є унікально масштабованим,
– сказав Кейнан.

Учені десятиліттями вивчали способи прискорити природне поглинання CO₂ деякими гірськими породами – процес, який називається вивітрюванням і може тривати сотні, якщо не тисячі років. Канан і Чен, схоже, зламали цей код, перетворивши звичайні силікати, що повільно вивітрюються, на мінерали, що швидко вивітрюються.

"Ми розробили нову хімію для активації інертних силікатних мінералів за допомогою простої іонообмінної реакції. Ми не очікували, що це буде працювати так добре", – каже Чен.

• Іони – електрично заряджена частинка молекули, що утворилася з атома або атомної групи внаслідок втрати або приєднання до них електронів.
• Інертні сполуки – це хімічно неактивні речовини, які не реагують з іншими речовинами.

У своїй роботі вчені надихнулися виробництвом цементу, де піч перетворює вапняк (осадову гірську породу) на хімічно активну сполуку під назвою оксид кальцію, який потім змішується з піском. Вони відтворили цей процес, але замінили пісок на матеріал під назвою силікат магнію. Силікат магнію містить два мінерали, які під впливом тепла обмінюються іонами і перетворюються на оксид магнію та силікат кальцію – мінерали, які швидко вивітрюються.

Процес діє як мультиплікатор. Ви берете один хімічно активний мінерал, оксид кальцію, і більш-менш інертний силікат магнію, і отримуєте два хімічно активних мінерали,
– каже Кейнан.

Щоб перевірити свої результати, автори дослідження виставили вологий силікат кальцію та оксид магнію на повітря. За кілька тижнів чи місяців вони перетворилися на карбонатні мінерали – результат вивітрювання.

Застосування

Вчені уявляють використання свого винаходу у вигляді розкидання на великих ділянках землі, де мінерали будуть поглинати вуглекислий газ прямо з навколишнього повітря. Але вони також тестують додавання їх у сільськогосподарський ґрунт. Це застосування також може бути практичним для фермерів, які додають карбонат кальцію в ґрунт, коли він занадто кислий: розчин, який називається вапнуванням.

Додавання нашого продукту усуне потребу у вапнуванні, оскільки обидва мінеральні компоненти є лужними. Крім того, під час вивітрювання силікату кальцію він вивільняє кремній у ґрунт у формі, яку рослини можуть засвоїти, що може підвищити врожайність та стійкість сільськогосподарських культур,
– кажуть розробники технології.

В ідеалі все це може виглядати як своєрідне добриво, яке фермери купують, додають у ґрунт і не лише сприятливо впливають на продуктивність ферми та здоров'я землі, а й бонусом допомагають довкіллю з поглинанням вуглецю.

Варто зазначити, що виробництво цих матеріалів також продукує деяку кількість CO₂, але поглинання не просто компенсує це, а й на кожну тонну оксиду магнію та силікату кальцію додатково поглинає одну тонну вуглекислого газу з атмосфери.

Для того, щоб масштабувати це рішення до ефективного рівня, знадобляться мільйони тонн оксиду магнію і силікату кальцію щорічно. Попри це Чен зазначає, що наших природних запасів силікатів магнію, таких як олівін або серпентин, достатньо, щоб видалити весь атмосферний вуглекислий газ, що викидається людиною, і навіть більше. Однак, звісно ж, нам не потрібно видаляти весь вуглекислий газ у повітрі, оскільки він потрібен для виживання рослин. Ми повинні усунути лише невеликий відсоток, який сама людина випустила за останні 100 років, щоб стабілізувати парниковий ефект.

Людство вже з'ясувало, як виробляти мільярди тонн цементу на рік, а цементні печі працюють десятиліттями. Якщо ми використаємо ці знання та розробки, то зможемо перейти від лабораторних відкриттів до видалення вуглецю в значних масштабах, упевнені Метью Канан і Юксуан Чен.