Учени откриха достъпен начин за улавяне на въглероден диоксид

Химици от Станфордския университет разработиха практичен и достъпен метод за перманентно отстраняване на въглероден диоксид от атмосферния въздух – основният двигател на глобалното затопляне и климатичните промени. При новия процес се използва топлина за преобразуване на обикновени минерали в материали, които спонтанно улавят въглеродния диоксид от въздуха и го задържат. Тези реактивни материали могат да бъдат получени в конвенционални пещи, като тези, използвани за производството на цимент.

“Земята разполага с неизчерпаем запас от минерали, които могат да отстранят въглеродния диоксид от въздуха, но те просто не реагират достатъчно бързо, за да противодействат на антропогенните емисии на парникови газове. Работата ни разрешава именно този проблем по начин, който считаме, че е уникално мащабируем”, казва Матю Канан, професор по химия в Станфордския университет и съавтор на проучването, публикувано в сп. Nature.

Ускорено изветряне

В природата минерали, наречени силикати, реагират с вода и атмосферен въглероден диоксид до формирането на стабилни бикарбонатни йони и твърди карбонатни минерали – процес, познат като изветряне. Завършването на тази реакция обаче може да отнеме стотици до хиляди години. От 1990-те години учени търсят начини да накарат скалите да поглъщат въглероден диоксид по-бързо чрез техники за ускорено изветряне. Канан и постдокторантът в Станфордския университет Юшан Чен разработват и демонстрират в лабораторията си нов процес за преобразуване на бавно изветрящи се силикати в много по-реактивни минерали, които бързо улавят и съхраняват въглеродния диоксид от атмосферата.

Много експерти казват, че предотвратяването на по-нататъшно глобално затопляне ще изисква както ограничаване на употребата на изкопаеми горива, така и перманентно отстраняване на милиарди тонове въглероден диоксид от атмосферата. Технологиите за улавяне на въглероден диоксид обаче остават скъпи, енергийно интензивни или и двете, като ефективността им в голям мащаб също не е доказана. Една от технологиите, привличаща интерес и дори инвестиции, е директното улавяне от въздуха, при което се използват панели с огромни вентилатори, изтласкващи въздуха към съоръжения, в които протичат химични или други процеси за отстраняване на въглеродния диоксид.

“Нашият процес ще изисква по-малко от половината от енергията, изразходвана за водещите технологии за директно улавяне от въздуха, и смятаме, че би могла да бъде силно конкурентоспособна по отношение на разходите”, казва Канан.

Спонтанна карбонизация

Новият подход е вдъхновен от вековна техника за производство на цимент. То започва чрез преобразуване на варовик в калциев оксид в пещ, нагрята до около 1400°C. След това калциевият оксид се смесва с пясък до получаването на ключова съставка на цимента.
Учените от Станфордския университет използват подобен процес в лабораторната си пещ, но вместо с пясък те смесват калциевия оксид с друг минерал, съдържащ магнезиеви и силикатни йони. При нагряване двата минерала си обменят йони и се получават магнезиев оксид и калциев силикат – два алкални минерала, които реагират бързо с киселинния въглероден диоксид във въздуха.

Като бърз тест за реактивност при стайна температура калциевият силикат и магнезиевият оксид се излагат на вода и чист въглероден диоксид. В рамките на два часа и двата материала изцяло се преобразуват в нови карбонатни минерали с уловения от въглеродния диоксид въглерод вътре в тях.
За извършване на по-реалистичен тест, мокри проби от калциев силикат и магнезиев оксид са изложени директно на въздух, който има много по-ниска концентрация на въглероден диоксид, отколкото чистия газ, подаван от резервоар. В този експеримент процесът на карбонизация отнема от няколко седмици до няколко месеца, което все пак е хиляди пъти по-бързо, отколкото естественото изветряне.

Екипът от Станфорд твърди, че подходът може да се използва извън лабораторията, за улавяне на въглероден диоксид в индустриален мащаб. “Можете да си представите разпръскването на магнезиев оксид и калциев силикат на големи площи земя за отстраняване на въглеродния диоксид от въздуха. В момента тестваме добавянето им в земеделска почва. При изветряне минералите се преобразуват в бикарбонати и могат да се придвижват в почвата до попадането им в океана, където ще се съхраняват за постоянно”, обяснява Канан.

Той допълва, че подходът може да има още ползи за фермерите, които обикновено добавят калциев карбонат към почвата, за да увеличат стойността й на pH, ако тя е твърде ниска. “Добавянето на нашия продукт ще елиминира необходимостта от този процес, тъй като и двата минерални компонента са алкални. В допълнение, при изветрянето на калциевия силикат в почвата се отделя силиций във форма, която може да бъде усвоена от растенията, което може да доведе до подобряване на добива и устойчивостта”, обяснява Канан.

В лабораторията си учените успяват да получат около 15 кг материал за една седмица. За улавянето на въглероден диоксид в мащаба, необходим за значително повлияване на глобалните температури обаче, ще се изисква годишно производство на милиони тонове магнезиев оксид и калциев силикат. Изследователите казват, че за целта могат да се използват същите конструкции пещи, като в циментовата индустрия, и наличните в изобилие магнезиеви силикати, като оливин и серпентин, които се срещат в Калифорния, на Балканите и в много други региони.