Tidstestet magnesiumoxid:Afsløring af CO₂-absorptionsdynamik

Magnesiumoxid er et lovende materiale til at opfange kuldioxid direkte fra atmosfæren og injicere det dybt under jorden for at begrænse virkningerne af klimaændringer. Men at gøre metoden økonomisk vil kræve at opdage den hastighed, hvormed kuldioxid absorberes, og hvordan miljøforhold påvirker de involverede kemiske reaktioner.

Forskere ved Department of Energy's Oak Ridge National Laboratory analyserede et sæt af magnesiumoxidkrystalprøver, der var udsat for atmosfæren i årtier, og en anden i dage til måneder, for at måle reaktionshastighederne. De fandt ud af, at kuldioxid optages langsommere over længere tidsperioder på grund af et reageret lag, der dannes på overfladen af ​​magnesiumoxidkrystallerne.

Resultaterne er offentliggjort i tidsskriftet Environmental Science &Technology .

"Dette reagerede lag er en kompliceret blanding af forskellige faste stoffer, som begrænser kuldioxid-molekylers evne til at finde frisk magnesiumoxid at reagere med. For at gøre denne teknologi økonomisk, kigger vi nu på måder at overvinde denne pansereffekt," siger ORNL's direktør. Juliane Weber, projektets hovedefterforsker.

Andrew Stack, en videnskabsmand ved ORNL og teammedlem på projektet, udtalte:"Hvis vi kan gøre det, vil denne proces muligvis kunne opnå Carbon Negative Energy Earthshot-målet om at fange gigaton-niveauer af kuldioxid fra luft for mindre end $100 pr. metrisk ton kuldioxid."

Det meste af den tidligere forskning, der havde til formål at forstå, hvor hurtigt de kemiske reaktioner med magnesiumoxid og kuldioxid forekommer, var baseret på grove beregninger snarere end materialeprøvning. ORNL-undersøgelsen markerer første gang en multidecade-test er blevet udført for at bestemme reaktionshastigheden over lange tidsskalaer. Ved hjælp af transmissionselektronmikroskopi ved Center for Nanophase Materials Science eller CNMS på ORNL fandt forskerne ud af, at der dannes et reageret lag. Dette lag består af en række komplekse krystallinske og amorfe hydratiserede og carbonatfaser.

"Derudover, ved at udføre nogle computersimuleringer med reaktiv transportmodellering, fastslog vi, at efterhånden som det reagerede lag bygges op, bliver det bedre og bedre til at blokere kuldioxid i at finde frisk magnesiumoxid at reagere med," sagde ORNLs forsker Vitaliy Starchenko. "Så fremad kigger vi på måder at omgå denne proces for at tillade kuldioxid at finde en frisk overflade at reagere med."

Computersimuleringerne hjælper videnskabsmænd og ingeniører med at forstå, hvordan det reagerede lag udvikler sig og ændrer den måde, hvorpå stoffer bevæger sig gennem det over tid. Computermodeller muliggør forudsigelser vedrørende reaktioner og bevægelse af materialer i naturlige og konstruerede systemer, såsom materialevidenskab og geokemi.

Flere oplysninger: Juliane Weber et al, Armoring of MgO by a Passivation Layer hindrer direkte luftopsamling af CO2, Environmental Science &Technology (2023). DOI:10.1021/acs.est.3c04690

Journaloplysninger: Miljøvidenskab og -teknologi

Leveret af Oak Ridge National Laboratory