- Улавливание и захоронение углерода - один из самых многообещающих способов замедлить темпы изменения климата.
- Исследователи из Техасского университета и ExxonMobil нашли способ ускорить формирование кристаллических структур, называемых гидратами, которые могут хранить миллиарды тонн углерода на протяжении веков.
- Добавление магния в реакцию привело к увеличению времени ожидания образования гидратов в 3,000 раз - с часов или даже дней до нескольких минут.
Идет глобальная гонка за сокращение количества вредных газов в нашей атмосфере, чтобы замедлить темпы изменения климата, и один из способов сделать это - улавливание и связывание углерода - высасывание углерода из воздуха и его захоронение. Однако на данный момент мы улавливаем только часть углерода, необходимого, чтобы хоть как-то повлиять на изменение климата.
Исследователи из Техасского университета в Остине в сотрудничестве с ExxonMobil сделали новое открытие, которое может во многом изменить ситуацию. Они нашли способ ускорить формирование кристаллических структур на основе углекислого газа, которые когда-нибудь могут хранить миллиарды тонн углерода под дном океана на века, если не навсегда.
«Я рассматриваю улавливание углерода как страховку для планеты», - сказал Вайбхав Бахадур (В. ACS Устойчивая химия и инженерия. «Больше не достаточно быть углеродно-нейтральным, нам нужно иметь углеродный отрицательный эффект, чтобы устранить ущерб, нанесенный окружающей среде за последние несколько десятилетий».
Эти структуры, известные как гидраты, образуются, когда диоксид углерода смешивается с водой при высоком давлении и низкой температуре. Молекулы воды переориентируются и действуют как клетки, удерживающие молекулы CO2.
Но процесс начинается очень медленно - реакция может начаться в течение нескольких часов или даже дней. Исследовательская группа обнаружила, что при добавлении магния в реакцию гидраты образуются в 3,000 раз быстрее, чем самый быстрый метод, используемый сегодня, всего за одну минуту. Это самый быстрый из когда-либо задокументированных темпов гидратообразования.
«Самый современный метод сегодня заключается в использовании химикатов для ускорения реакции», - сказал Бахадур. «Это работает, но работает медленнее, а эти химические вещества дороги и не безвредны для окружающей среды».
Гидраты образуются в реакторах. На практике эти реакторы можно было бы развернуть на дне океана. Используя существующую технологию улавливания углерода, CO2 будет извлекаться из воздуха и попадать в подводные реакторы, где будут расти гидраты. Стабильность этих гидратов снижает опасность утечек при использовании других методов хранения углерода, таких как закачка его в виде газа в заброшенные газовые скважины.
Выяснение того, как уменьшить содержание углерода в атмосфере, - это такая же большая проблема, как и в мире прямо сейчас. И все же, говорит Бахадур, в мире всего несколько исследовательских групп, которые рассматривают гидраты CO2 как потенциальный вариант хранения углерода.
«Мы улавливаем лишь около половины процента углерода, который нам понадобится к 2050 году», - сказал Бахадур. «Это говорит мне о том, что в ряду технологий есть много возможностей для улавливания и хранения углерода».
Бахадур работал над исследованиями гидратов с тех пор, как он прибыл в UT Austin в 2013 году. Этот проект является частью исследовательского партнерства между ExxonMobil и Энергетическим институтом в UT Austin.
Исследователи и ExxonMobil подали заявку на патент с целью коммерциализации своего открытия. Далее они планируют решить вопросы эффективности - увеличить количество CO2, который превращается в гидраты во время реакции, - и наладить непрерывное производство гидратов.
Ссылка: «Быстрое зарождение гидратов диоксида углерода с помощью магния» Аритра Кар, Палаш Вадирадж Ачарья, Аван Бхати, Ашиш Мхадешвар, Прадип Венкатараман, Тимоти А. Баркхольц, Хьюго Селио, Филиппо Манголини и Вайбхав Бахадур, 11 августа 2021 г. ACS Устойчивая химия и инженерия.
DOI: 10.1021 / acssuschemeng.1c03041
Исследование финансировалось ExxonMobil и грантом Национального научного фонда. Бахадур возглавлял команду, в которую также входил Филиппо Манголини, доцент кафедры машиностроения Уокера. Другие члены команды: из отдела машиностроения Уолкера Аритра Кар, Палаш Вадирадж Ачарья и Аван Бхати; от Техасского института материалов в UT Остин Хьюго Селио и исследователей из ExxonMobil.
