Magnesiumoxide is een veelbelovend materiaal om kooldioxide rechtstreeks uit de atmosfeer op te vangen en diep onder de grond te injecteren om de effecten van klimaatverandering te beperken. Maar om de methode economisch te maken, is het nodig om de snelheid te ontdekken waarmee koolstofdioxide wordt geabsorbeerd en hoe omgevingsomstandigheden de betrokken chemische reacties beïnvloeden.

Wetenschappers van het Oak Ridge National Laboratory van het Department of Energy analyseerden een reeks magnesiumoxidekristalmonsters die tientallen jaren aan de atmosfeer waren blootgesteld, en een andere dagen tot maanden, om de reactiesnelheden te meten. Ze ontdekten dat kooldioxide langzamer wordt opgenomen over langere perioden, vanwege een gereageerde laag die zich vormt op het oppervlak van de magnesiumoxidekristallen.

De bevindingen zijn gepubliceerd in het tijdschrift Environmental Science &Technology .

"Deze gereageerde laag is een gecompliceerde mix van verschillende vaste stoffen, die het vermogen van kooldioxidemoleculen beperkt om vers magnesiumoxide te vinden om mee te reageren. Om deze technologie economisch te maken, kijken we nu naar manieren om dit pantsereffect te overwinnen", aldus ORNL's Juliane Weber, hoofdonderzoeker van het project.

Andrew Stack, een wetenschapper bij ORNL en teamlid van het project, verklaarde:"Als we dat kunnen doen, kan dit proces mogelijk het Carbon Negative Energy Earthshot-doel bereiken, namelijk het opvangen van gigatonniveaus kooldioxide uit de lucht voor minder dan $ 100 per jaar. metrische ton kooldioxide."

Het grootste deel van het eerdere onderzoek, gericht op het begrijpen van hoe snel de chemische reacties van magnesiumoxide en kooldioxide plaatsvinden, was gebaseerd op ruwe berekeningen in plaats van op materiaaltesten. Het ORNL-onderzoek markeert de eerste keer dat er een test van meerdere decennia is uitgevoerd om de reactiesnelheid over lange tijdschalen te bepalen. Met behulp van transmissie-elektronenmicroscopie bij het Center for Nanophase Materials Science, of CNMS, bij ORNL, ontdekten de onderzoekers dat zich een gereageerde laag vormt. Deze laag bestaat uit een verscheidenheid aan complexe kristallijne en amorfe gehydrateerde en carbonaatfasen.

"Bovendien hebben we, door enkele computersimulaties voor reactief transportmodellering uit te voeren, vastgesteld dat naarmate de gereageerde laag zich opbouwt, deze steeds beter wordt in het blokkeren van koolstofdioxide om vers magnesiumoxide te vinden om mee te reageren", zei ORNL's onderzoeker Vitaliy Starchenko. "Dus in de toekomst zoeken we naar manieren om dit proces te omzeilen, zodat koolstofdioxide een nieuw oppervlak kan vinden om mee te reageren."

De computersimulaties helpen wetenschappers en ingenieurs te begrijpen hoe de gereageerde laag evolueert en de manier verandert waarop stoffen er in de loop van de tijd doorheen bewegen. Computermodellen maken voorspellingen mogelijk over de reacties en beweging van materialen in natuurlijke en kunstmatige systemen, zoals materiaalwetenschappen en geochemie.

Meer informatie: Juliane Weber et al., Bepantsering van MgO door een passivatielaag belemmert de directe opvang van CO2 door de lucht, Milieuwetenschappen en -technologie (2023). DOI:10.1021/acs.est.3c04690

Journaalinformatie: Milieuwetenschappen en -technologie

Geleverd door Oak Ridge National Laboratory