Kuldioxidreduktion på Jorden og magnesiumcivilisation på Mars

Overdreven CO ₂ emissioner er en væsentlig årsag til klimaændringer, og dermed reducere CO ₂ niveauer i jordens atmosfære er nøglen til at begrænse negative miljøpåvirkninger. I stedet for blot at fange og opbevare CO ₂ , det ville være ønskeligt at bruge det som kulstofråmateriale til brændstofproduktion for at nå målet om "netto-nul-emission energisystemer." Opsamling og omdannelse af CO ₂ (fra brændstofgas eller direkte fra luften) til metan og methanol blot at bruge vand som brintkilde under omgivende forhold ville give en optimal løsning til at reducere overdreven CO2 ₂ niveauer og ville være yderst bæredygtige.

Forskere ved Tata Institute of Fundamental Research (TIFR), Mumbai, demonstreret brugen af ​​magnesium (nanopartikler og bulk) til direkte at reagere CO ₂ med vand ved stuetemperatur og atmosfærisk tryk, danner metan, methanol, og myresyre uden at kræve eksterne energikilder. Magnesium er det ottende mest almindelige grundstof i jordskorpen og det fjerde mest almindelige grundstof i jorden (efter jern, ilt og silicium).

Omdannelsen af ​​CO ₂ (ren, samt direkte fra luften) fandt sted inden for få minutter ved 300 K og 1 bar. En unik samarbejdsaktion af Mg, basisk magnesiumcarbonat, CO ₂ , og vand muliggjorde denne CO ₂ transformation. Hvis nogen af ​​de fire komponenter manglede, ingen CO ₂ konvertering fandt sted. Reaktionsmellemprodukterne og reaktionsvejen blev identificeret ved ¹³ CO ₂ isotopisk mærkning, pulver røntgendiffraktion (PXRD), kernemagnetisk resonans (NMR) og in-situ svækket total reflektans-Fourier transformation infrarød spektroskopi (ATR-FTIR), og rationaliseret ved density-functional theory (DFT) beregninger. Under CO ₂ konvertering, Mg blev omdannet til magnesiumhydroxid og carbonat, som kan regenereres.

Mg er et af de metaller med det laveste energibehov til produktion og genererer den laveste mængde CO ₂ under produktionen. Ved at bruge denne protokol, 1 kg magnesium via simpel reaktion med vand og CO ₂ producerer 2,43 liter metan, 940 liter brint og 3,85 kg basisk magnesiumcarbonat (brugt i grøn cement, medicinalindustrien osv.), og også små mængder methanol, og myresyre.

I mangel af CO ₂ , Mg reagerer ikke effektivt med vand, og brintudbyttet var ekstremt lavt, 100 μmol g ^-1 sammenlignet med 42000 μmol g ^-1 i nærvær af CO ₂ . Dette skyldtes den dårlige opløselighed af magnesiumhydroxid dannet ved reaktionen af ​​Mg med vand, begrænser den indre Mg-overflade i at reagere yderligere med vand. Imidlertid, i nærvær af CO ₂ , magnesiumhydroxid bliver omdannet til carbonater og basiske carbonater, som er mere opløselige i vand end magnesiumhydroxid og bliver skrællet af Mg, udsætte frisk Mg overflade for at reagere med vand. Dermed, denne protokol kan endda bruges til brintproduktion (940 liter pr. kg Mg), hvilket er næsten 420 gange mere end hydrogen produceret ved omsætning af Mg med vand alene (2,24 liter pr. kg Mg).

Især Hele denne produktion sker på kun 15 minutter, ved stuetemperatur og atmosfærisk tryk, i den usædvanligt enkle og sikre protokol. I modsætning til andet metalpulver, Mg-pulveret er ekstremt stabilt (på grund af tilstedeværelsen af ​​et tyndt MgO-passiveringsoverfladelag) og kan håndteres i luften uden tab af aktivitet. Brugen af ​​fossile brændstoffer skal begrænses (hvis det ikke undgås), at bekæmpe klimaforandringerne. Denne Mg-protokol vil så være en af ​​de bæredygtige CO ₂ konverteringsprotokoller, for en CO ₂ -neutral proces til fremstilling af forskellige kemikalier og brændstoffer (methan, methanol, myresyre og brint).

Planeten Mars' miljø har 95,32% af CO ₂ , mens dens overflade har vand i form af is. For nylig, tilstedeværelsen af ​​magnesium på Mars i rigelige mængder blev også rapporteret. Derfor, for at undersøge muligheden for brugen af ​​denne Mg-assisteret CO ₂ konverteringsproces på Mars, forskere udførte denne Mg-assisteret CO ₂ omdannelse ved en lavere temperatur. Især metan, methanol, myresyre og brint blev produceret i en rimelig mængde. Disse resultater indikerer potentialet af denne Mg-proces til at blive brugt i Mars' miljø, et skridt mod magnesiumudnyttelse på Mars, selvom der er behov for mere detaljerede undersøgelser.