หินทั่วไปเช่น Olivine สามารถใช้กับกระบวนการทำซีเมนต์ที่มีอยู่และปรับขนาดเพื่อจับคาร์บอน
เครดิตภาพ: RENHOUR48 VIAWikimedia Commons(โดเมนสาธารณะ) /drpixel/shutterstock.com; แก้ไขโดย iflscience
นักเคมีที่มหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ดได้พัฒนาวิธีที่มีต้นทุนต่ำในการกำจัดคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) จากบรรยากาศโดยใช้แหล่งที่ไม่น่าเป็นไปได้: หิน
กระบวนการนี้เกี่ยวข้องกับการให้ความร้อนกับแร่ธาตุทั่วไปดังนั้นพวกเขาจึงเปลี่ยนเป็นวัสดุที่ดึงคาร์บอนออกจากชั้นบรรยากาศและมีมันอย่างถาวร ยิ่งน่าประทับใจยิ่งขึ้นวัสดุที่มีปฏิกิริยาเหล่านี้สามารถทำได้ในเตาเผาปกติเช่นเดียวกับที่ใช้ทำซีเมนต์
ขณะนี้มีช่องทางที่หลากหลายที่ถูกสำรวจเพื่อลบ CO2จากบรรยากาศโดยใช้ระบบวิศวกรรม แต่สิ่งเหล่านี้มักจะมุ่งเน้นไปที่การปรับปรุงและปรับขนาดเทคโนโลยีสำหรับการจับอากาศโดยตรง- ซึ่งใช้แผงของพัดลมขนาดใหญ่เพื่อขับอากาศโดยรอบผ่านสารเคมีหรือกระบวนการอื่น ๆ เพื่อกำจัด CO2- เทคโนโลยีเหล่านี้แม้ว่าการปรับปรุงจะยังคงมีข้อ จำกัด เมื่อพูดถึงพวกเขา- แต่นักวิจัยเริ่มหันไปใช้เพื่อจับ CO2,โดยหันไปหาแร่ธาตุซิลิเกตที่กว้างใหญ่ของโลก
“ โลกมีแร่ธาตุที่ไม่สิ้นสุดที่สามารถกำจัด CO2 ออกจากชั้นบรรยากาศได้ แต่พวกเขาก็ไม่ตอบสนองเร็วพอด้วยตัวเองเพื่อต่อต้านการปล่อยก๊าซเรือนกระจกของมนุษย์” Matthew Kanan ศาสตราจารย์วิชาเคมีที่โรงเรียนสแตนฟอร์ดสแตนฟอร์ด ของมนุษยศาสตร์และวิทยาศาสตร์กล่าวในคำแถลง-
“ งานของเราช่วยแก้ปัญหานี้ในแบบที่เราคิดว่าสามารถปรับขนาดได้ไม่เหมือนใคร”
ซิลิเกตเป็นกลุ่มของแร่ธาตุที่ก่อตัวเป็นหินซึ่งประกอบด้วยพื้นฐานของโลกและเสื้อคลุม เมื่อพวกเขาทำปฏิกิริยากับน้ำและบรรยากาศ2ซิลิเกตก่อตัวเป็นไอออนไบคาร์บอเนตที่มีเสถียรภาพและแร่ธาตุคาร์บอเนตที่เป็นของแข็งผ่านกระบวนการที่เรียกว่าการผุกร่อน
โดยธรรมชาติสิ่งนี้อาจใช้เวลาหลายร้อยถึงพันปี แต่ Kanan และ Yuxuan Chen นักวิชาการหลังปริญญาเอกที่มหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ดและผู้เขียนนำการศึกษาได้พบวิธีที่จะเร่งปฏิกิริยาขึ้น silicates เป็นแร่ธาตุที่มีปฏิกิริยามากขึ้นซึ่งจับและเก็บคาร์บอนบรรยากาศได้เร็วขึ้น
“ เราจินตนาการถึงเคมีใหม่เพื่อเปิดใช้งานแร่ธาตุซิลิเกตเฉื่อยผ่านปฏิกิริยาการแลกเปลี่ยนไอออนอย่างง่าย” เฉินผู้พัฒนาเทคนิคในช่วงปริญญาเอกของพวกเขาเพิ่ม “ เราไม่ได้คาดหวังว่ามันจะใช้งานได้ดีเหมือนกัน”
ในความพยายามที่จะเอาชนะภาวะโลกร้อนนักวิจัยได้เน้นว่าเราจะต้องลดการพึ่งพาของเราอย่างรุนแรงและกำจัดคาร์บอนหลายพันล้านตันออกจากชั้นบรรยากาศอย่างถาวร การพัฒนาใหม่นี้อาจนำไปสู่เป้าหมายนี้
“ กระบวนการของเราจะต้องใช้พลังงานน้อยกว่าครึ่งที่ใช้โดยเทคโนโลยีการจับอากาศโดยตรงชั้นนำและเราคิดว่าเราสามารถแข่งขันได้มากจากมุมมองต้นทุน” Kanan อธิบาย
แนวคิดเก่า ๆ สร้างขึ้นสำหรับเทคโนโลยีใหม่
วิธีการใหม่ได้รับแรงบันดาลใจจากวิธีการเก่า: วิธีการทำซีเมนต์ สิ่งนี้เริ่มต้นความร้อนจากหินปูนในเตาเผาแปลงเป็นแคลเซียมออกไซด์ซึ่งจะผสมกับทรายเพื่อเป็นองค์ประกอบสำคัญของ-
ในระหว่างการวิจัยในห้องปฏิบัติการของพวกเขา Kanan และ Chen ได้ใช้กระบวนการที่คล้ายกัน แต่แทนที่ทรายด้วยแร่ธาตุอื่นที่มีแมกนีเซียมและไอออนซิลิเกต เมื่อความร้อนแร่ธาตุแลกเปลี่ยนไอออนและกลายเป็นแมกนีเซียมออกไซด์และแคลเซียมซิลิเกตแร่ธาตุอัลคาไลน์สองตัวที่ตอบสนองต่อ CO ที่เป็นกรดได้อย่างรวดเร็ว2ในอากาศ
“ กระบวนการทำหน้าที่เป็นตัวคูณ” Kanan อธิบาย “ คุณใช้แร่ธาตุปฏิกิริยาแคลเซียมออกไซด์และแมกนีเซียมซิลิเกตที่มีความเฉื่อยมากหรือน้อยและคุณสร้างแร่ธาตุปฏิกิริยาสองตัว”
ในการทดสอบในห้องปฏิบัติการที่แคลเซียมซิลิเกตและแมกนีเซียมออกไซด์สัมผัสกับน้ำและ CO บริสุทธิ์2วัสดุทั้งสองเปลี่ยนเป็นแร่ธาตุคาร์บอเนตโดยมีคาร์บอนติดอยู่ภายในภายในเวลาเพียงสองชั่วโมง
แน่นอนว่าสภาพห้องปฏิบัติการนั้นไม่เหมือนกับกิจกรรมกลางแจ้ง ทำการทดสอบที่สมจริงยิ่งขึ้นทีมได้เปิดเผยตัวอย่างเปียกของแร่ธาตุโดยตรงไปยังอากาศซึ่งมีความเข้มข้นของ CO ต่ำกว่าอย่างมีนัยสำคัญ2ในนั้น กระบวนการภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้ใช้เวลาหลายสัปดาห์ถึงเดือนที่จะเกิดขึ้น แต่ก็ยังเร็วกว่าที่จะเกิดขึ้นในสภาพอากาศตามธรรมชาติหลายพันเท่า
แอปพลิเคชัน
-คุณสามารถจินตนาการถึงการแพร่กระจายแมกนีเซียมออกไซด์และแคลเซียมซิลิเกตไปยังพื้นที่ขนาดใหญ่เพื่อกำจัด CO2จากอากาศรอบข้าง” Kanan กล่าว “ แอปพลิเคชั่นที่น่าตื่นเต้นอย่างหนึ่งที่เรากำลังทดสอบอยู่ในขณะนี้คือการเพิ่มลงในดินเกษตร ขณะที่พวกเขาสภาพอากาศแร่ธาตุจะเปลี่ยนเป็นไบคาร์บอเนตที่สามารถเคลื่อนที่ผ่านดินและจบลงด้วยการเก็บไว้อย่างถาวรในมหาสมุทร”
เป็นไปได้ว่าวิธีการนี้อาจเป็นประโยชน์ต่อเกษตรกรซึ่งมักใช้กระบวนการที่เรียกว่า "การ จำกัด " เพื่อเพิ่มค่า pH ของดินโดยการเพิ่มแคลเซียมคาร์บอเนตลงไป
“ การเพิ่มผลิตภัณฑ์ของเราจะช่วยลดความจำเป็นในการ จำกัด เนื่องจากส่วนประกอบของแร่ทั้งสองเป็นด่าง” เขาอธิบาย “ นอกจากนี้ในฐานะที่เป็นแคลเซียมซิลิเกตสภาพอากาศมันจะปล่อยซิลิกอนไปยังดินในรูปแบบที่พืชสามารถใช้ซึ่งสามารถปรับปรุงผลผลิตพืชผลและความยืดหยุ่น ตามหลักการแล้วเกษตรกรจะจ่ายเงินสำหรับแร่ธาตุเหล่านี้เพราะพวกเขามีประโยชน์ต่อการผลิตในฟาร์มและสุขภาพของดิน - และเป็นโบนัสมีการกำจัดคาร์บอน”
แผนสำหรับอนาคต
ในขณะนี้ห้องปฏิบัติการของ Kanan สามารถสร้างวัสดุประมาณ 15 กิโลกรัม (ประมาณ 33 ปอนด์) ของวัสดุต่อสัปดาห์ อย่างไรก็ตามเพื่อสร้างความแตกต่างให้กับการผลิตนี้จะต้องมีการปรับขนาดมากถึงหลายล้านตันต่อปี
แต่ทีมเชื่อว่าเตาเผาที่มีอยู่ที่ใช้ในการสร้างคอนกรีตสามารถผลิตผสมได้โดยใช้แร่ธาตุซิลิเกตที่เหลือจากการขุด
“ ในแต่ละปีมีแร่ธาตุมากกว่า 400 ล้านตันที่มีซิลิเกตที่เหมาะสมถูกสร้างขึ้นทั่วโลกซึ่งเป็นแหล่งวัตถุดิบที่มีขนาดใหญ่มาก” เฉินกล่าว “ คาดว่ามีมากกว่า 100,000 กิกันของ olivine และงูสำรองบนโลกเพียงพอที่จะลบออกได้อย่างถาวรมากขึ้น2มากกว่าที่มนุษย์เคยปล่อยออกมา”
Kanan กำลังมองหาวิธีในการพัฒนาเตาเผาที่ไม่ทำงานต่อไปเชื้อเพลิงฟอสซิลอย่างน้อยก็ช่วยในความพยายามนี้
“ สังคมได้ค้นพบวิธีการผลิตปูนซีเมนต์หลายพันล้านตันต่อปีและเตาเผาซีเมนต์ทำงานมานานหลายทศวรรษ” Kanan กล่าว “ ถ้าเราใช้การเรียนรู้และการออกแบบเหล่านั้นมีเส้นทางที่ชัดเจนสำหรับวิธีการไปจากการค้นพบในห้องปฏิบัติการไปจนถึงการกำจัดคาร์บอนในระดับที่มีความหมาย”
การศึกษาถูกตีพิมพ์ในธรรมชาติ-
