De mensheid moet verbeteren als het gaat om het verminderen van de CO2-uitstoot om de ergste effecten van klimaatverandering te voorkomen. Als de wereld wil voldoen aan de minimumdoelstelling van het IPCC om de wereldwijde temperatuurstijgingen onder de 1,5 °C te houden, alle mogelijke wegen voor CO ₂ sanering moet worden onderzocht.

Geologische trapping kan hierbij een grote rol spelen. De ondergrondse rotsen en sedimenten van onze planeet bieden een enorme potentiële ruimte voor koolstofopslag op de lange termijn. Om dit te ondersteunen, een recente computationele studie van een door Japan geleide internationale groep aan de Kyushu University laat zien hoe ingesloten koolstofdioxide kan worden omgezet in onschadelijke mineralen.

De rotsen onder het aardoppervlak zijn zeer poreus, en trapping omvat het injecteren van CO ₂ in de poriën na het verzamelen van de emissiebron. hoewel CO ₂ wordt meestal als te stabiel beschouwd om chemisch met gesteente te reageren, het kan stevig aan het oppervlak binden door fysieke adsorptie. Uiteindelijk lost het op in water, koolzuur vormen, die kunnen reageren met waterige metalen om carbonaatmineralen te vormen.

"Mineralisatie is de meest stabiele methode van CO . op lange termijn ₂ opslag, vergrendeling CO ₂ in een volledig veilige vorm die niet opnieuw kan worden verzonden, " legt Jihui Jia van het International Institute for Carbon-Neutral Energy Research (I ² CNER), Kyushu-universiteit, eerste auteur van de studie. "Eens werd gedacht dat dit duizenden jaren zou duren, maar dat beeld verandert snel. De chemische reacties worden niet volledig begrepen omdat ze zo moeilijk te reproduceren zijn in het laboratorium. Dit is waar modellenwerk om de hoek komt kijken."

Zoals gemeld in The Journal of Physical Chemistry C , aanvankelijk werden simulaties uitgevoerd om te voorspellen wat er gebeurt als koolstofdioxide botst met een gespleten kwartsoppervlak-kwarts (SiO ₂ ) overvloedig aanwezig in de aardkorst. Toen de simulatietrajecten werden afgespeeld, de CO ₂ moleculen werden gezien buigen van hun lineaire O=C=O vorm om trigonale CO . te vormen ₃ eenheden gebonden met het kwarts.

In een tweede simulatieronde H ₂ O-moleculen werden toegevoegd om het "formatiewater" na te bootsen dat vaak aanwezig is onder olie- en gasboorlocaties. Intrigerend, de H ₂ O-moleculen vielen spontaan de reactieve CO . aan ₃ structuren, het verbreken van de Si-O-bindingen om carbonaationen te produceren. Net als koolzuur, carbonaationen kunnen reageren met opgeloste metaalkationen (zoals Mg ₂ ⁺ , Ca ₂ ⁺ , en Fe ₂ ⁺ ) om koolstof permanent in minerale vorm te binden.

Samen, de simulaties laten zien dat beide stappen van CO ₂ mineralisatie - carbonatatie (binding aan gesteente) en hydrolyse (reageren met water) - zijn gunstig. Bovendien, vrije carbonaationen kunnen worden gemaakt door hydrolyse, niet alleen door dissociatie van koolzuur zoals ooit werd aangenomen. Deze inzichten waren gebaseerd op een geavanceerde vorm van moleculaire dynamica die niet alleen de fysieke botsingen tussen atomen modelleert, maar elektronenoverdracht, de essentie van de chemie.

"Onze resultaten suggereren enkele manieren om geologische vangst te verbeteren, ", zegt hoofdauteur Takeshi Tsuji van de studie. "Voor kwarts om CO . op te vangen ₂ , het moet een gekloofd oppervlak zijn, dus de silicium- en zuurstofatomen hebben reactieve 'bungelende' bindingen. In het echte leven, echter, het oppervlak kan worden beschermd door waterstofbruggen en kationen, die mineralisatie zou voorkomen. We hebben een manier nodig om die kationen te verwijderen of het oppervlak te dehydrogeneren."

Er komen steeds meer aanwijzingen dat CO . wordt afgevangen ₂ kan veel sneller mineraliseren dan eerder werd gedacht. Hoewel dit spannend is, de Kyushu-paper onderstreept hoe complex en delicaat de chemie kan zijn. Voor nu, de groep beveelt verdere studies aan over andere overvloedige rotsen, zoals basalt, om de rol in kaart te brengen die geochemische trapping kan spelen in de grootste technische uitdaging waarmee de beschaving wordt geconfronteerd.