Как это работает

Наши нынешние технологии улавливания углерода являются дорогими, энергозатратными и дополнительно требуют решений для хранения собранного материала. Исследователи из Стэнфордского университета предлагают другую стратегию: заставить камни делать все за нас, сообщает 24 Канал со ссылкой на исследование, опубликованное в Nature.

Смотрите также Создана система, которая превращает выхлопные газы любого авто в электроэнергию

Химики Мэтью Канан и Юксуан Чен разработали процесс, который использует тепло для преобразования минералов в материалы, поглощающие углекислый газ навсегда. Этот процесс является практичным и недорогим. Кроме того, изобретенный материал может использоваться в сельском хозяйстве, фактически убивая двух зайцев одним выстрелом.

Земля имеет неисчерпаемые запасы минералов, способных поглощать углекислый газ из атмосферы, но они просто не реагируют достаточно быстро, чтобы противодействовать антропогенным выбросам парниковых газов. Наша работа решает эту проблему способом, который, по нашему мнению, является уникально масштабируемым,
– сказал Кейнан.

Ученые десятилетиями изучали способы ускорить естественное поглощение CO2 некоторыми горными породами – процесс, который называется выветриванием и может длиться сотни, если не тысячи лет. Канан и Чен, похоже, взломали этот код, превратив обычные силикаты, медленно выветривающиеся, в минералы, быстро выветривающиеся.

"Мы разработали новую химию для активации инертных силикатных минералов с помощью простой ионообменной реакции. Мы не ожидали, что это будет работать так хорошо", – говорит Чен.

  • Ионы – электрически заряженная частица молекулы, образовавшаяся из атома или атомной группы вследствие потери или присоединения к ним электронов.
  • Инертные соединения – это химически неактивные вещества, которые не реагируют с другими веществами.

В своей работе ученые вдохновились производством цемента, где печь превращает известняк (осадочную горную породу) в химически активное соединение под названием оксид кальция, который затем смешивается с песком. Они воссоздали этот процесс, но заменили песок на материал под названием силикат магния. Силикат магния содержит два минерала, которые под воздействием тепла обмениваются ионами и превращаются в оксид магния и силикат кальция – минералы, которые быстро выветриваются.

Процесс действует как мультипликатор. Вы берете один химически активный минерал, оксид кальция, и более или менее инертный силикат магния, и получаете два химически активных минерала,
– говорит Кейнан.

Чтобы проверить свои результаты, авторы исследования выставили влажный силикат кальция и оксид магния на воздух. За несколько недель или месяцев они превратились в карбонатные минералы – результат выветривания.

Применение

Ученые представляют использование своего изобретения в виде разбрасывания на больших участках земли, где минералы будут поглощать углекислый газ прямо из окружающего воздуха. Но они также тестируют добавление их в сельскохозяйственную почву. Это применение также может быть практичным для фермеров, которые добавляют карбонат кальция в почву, когда он слишком кислый: раствор, который называется известкованием.

Добавление нашего продукта устранит потребность в известковании, поскольку оба минеральных компонента являются щелочными. Кроме того, во время выветривания силиката кальция он высвобождает кремний в почву в форме, которую растения могут усвоить, что может повысить урожайность и устойчивость сельскохозяйственных культур,
– говорят разработчики технологии.

В идеале все это может выглядеть как своеобразное удобрение, которое фермеры покупают, добавляют в почву и не только благоприятно влияют на производительность фермы и здоровье земли, но и бонусом помогают окружающей среде с поглощением углерода.

Стоит отметить, что производство этих материалов также производит некоторое количество CO2, но поглощение не просто компенсирует это, но и на каждую тонну оксида магния и силиката кальция дополнительно поглощает одну тонну углекислого газа из атмосферы.

Для того чтобы масштабировать это решение до эффективного уровня, понадобятся миллионы тонн оксида магния и силиката кальция ежегодно. Несмотря на это Чен отмечает, что наших природных запасов силикатов магния, таких как оливин или серпентин, достаточно, чтобы удалить весь атмосферный углекислый газ, выбрасываемый человеком, и даже больше. Однако, конечно же, нам не нужно удалять весь углекислый газ в воздухе, поскольку он нужен для выживания растений. Мы должны устранить лишь небольшой процент, который сам человек выпустил за последние 100 лет, чтобы стабилизировать парниковый эффект.

Человечество уже выяснило, как производить миллиарды тонн цемента в год, а цементные печи работают десятилетиями. Если мы используем эти знания и разработки, то сможем перейти от лабораторных открытий к удалению углерода в значительных масштабах, уверены Мэтью Канан и Юксуан Чен.