Геологический отлов может сыграть здесь важную роль. Подземные породы и отложения нашей планеты предлагают огромное потенциальное пространство для долгосрочного хранения углерода. В подтверждение этого недавнее вычислительное исследование, проведенное международной группой под руководством Японии в Университете Кюсю, показывает, как захваченный углекислый газ может быть преобразован в безвредные минералы.
Породы под поверхностью земли очень пористые, и улавливание включает в себя нагнетание СО2 в поры после его сбора из источника выбросов.
Хотя CO2 обычно считается слишком стабильным, чтобы вступать в химическую реакцию с горной породой, он может прочно связываться с поверхностью за счет физической адсорбции. В конечном итоге он растворяется в воде, образуя угольную кислоту, которая может реагировать с водными металлами с образованием карбонатных минералов.
«Минерализация – это наиболее стабильный метод долгосрочного хранения СО2, заключающийся в фиксации СО2 в полностью безопасной форме, которая не может быть повторно выброшена», – объясняет Цзихуэй Цзя из Международного института углеродно-нейтральных исследований энергии (I2CNER) Университета Кюсю. , первый автор исследования. "Когда-то считалось, что это займет тысячи лет, но эта точка зрения быстро меняется. Химические реакции до конца не изучены, потому что их трудно воспроизвести в лаборатории. Вот тут-то и приходит на помощь моделирование."
Как сообщается в The Journal of Physical Chemistry C, моделирование первоначально было проведено, чтобы предсказать, что произойдет, когда углекислый газ сталкивается с расколотой кварцевой поверхностью – кварц (SiO2) присутствует в большом количестве в земной коре. При воспроизведении траекторий моделирования было видно, что молекулы CO2 отклоняются от своей линейной формы O = C = O, образуя тригональные блоки CO3, связанные с кварцем.
Во втором раунде моделирования были добавлены молекулы H2O, чтобы имитировать «пластовую воду», которая часто присутствует под площадками бурения нефтяных и газовых скважин. Интересно, что молекулы H2O спонтанно атаковали реактивные структуры CO3, разрывая связи Si-O с образованием карбонатных ионов. Как и угольная кислота, карбонат-ионы могут реагировать с растворенными катионами металлов (такими как Mg2 +, Ca2 + и Fe2 +), чтобы навсегда связать углерод в минеральную форму.
В совокупности моделирование показывает, что обе стадии минерализации CO2 – карбонизация (связывание с породой) и гидролиз (реакция с водой) – являются благоприятными.
Более того, свободные карбонат-ионы могут быть получены путем гидролиза, а не только путем диссоциации угольной кислоты, как когда-то предполагалось. Эти идеи основывались на сложной форме молекулярной динамики, которая моделирует не только физические столкновения между атомами, но и перенос электронов, суть химии.
«Наши результаты предлагают несколько способов улучшить геологическое улавливание», – говорит ведущий автор исследования Такеши Цудзи. «Чтобы кварц мог улавливать CO2, он должен иметь сколотую поверхность, чтобы атомы кремния и кислорода имели реактивные« оборванные »связи. Однако в реальной жизни поверхность может быть защищена водородными связями и катионами, что предотвратит минерализацию. Нам нужен способ избавиться от этих катионов или дегидрогенизировать поверхность."
Растет количество доказательств того, что захваченный CO2 может минерализоваться намного быстрее, чем считалось ранее.
Хотя это захватывающе, статья Кюсю подчеркивает, насколько сложной и тонкой может быть химия. На данный момент группа рекомендует провести дальнейшие исследования других распространенных горных пород, таких как базальт, чтобы определить роль, которую геохимическое улавливание может сыграть в величайшей технической проблеме, стоящей перед цивилизацией.