Chemiker der Stanford University haben eine praktische, kostengünstige Möglichkeit entwickelt, um atmosphärisches Kohlendioxid dauerhaft zu entfernen, den Haupttreiber für die globale Erwärmung und den Klimawandel.
Der neue Prozess verwandelt Wärme, um gemeinsame Mineralien in Materialien zu verwandeln, die spontan Kohlenstoff aus der Atmosphäre ziehen und dauerhaft befolgen. Diese reaktiven Materialien können in herkömmlichen Öfen hergestellt werden, wie sie zur Herstellung von Zement verwendet werden.
„Die Erde hat eine unerschöpfliche Versorgung mit Mineralien, die CO entfernen können2 aus der Atmosphäre, aber sie reagieren einfach nicht schnell genug alleine, um dem menschlichen Treibhausgasemissionen entgegenzuwirken “ Natur. „Unsere Arbeit löst dieses Problem auf eine Weise, die wir für einzigartig skalierbar halten.“
Verbesserte Verwitterung
In der Natur reagieren gemeinsame Mineralien, die Silikate bezeichnen2 Um stabile Bicarbonationen und feste Carbonatmineralien zu bilden – ein Prozess, der als Verwitterung bekannt ist. Diese Reaktion kann jedoch Hunderte bis Tausende von Jahren dauern. Seit den neunziger Jahren suchen Wissenschaftler nach Möglichkeiten, um Felsen durch verstärkte Verwitterungstechniken schneller Kohlendioxid aufzunehmen.
Der Postdoktorand von Kanan und Stanford, Yuxuan Chen, entwickelte und demonstrierten in ihrem Labor einen neuen Prozess zur Umwandlung langsamer Silikate in viel reaktivere Mineralien, die atmosphärischen Kohlenstoff schnell erfassen und speichern. Ein Zuschuss des Nachhaltigkeitsbeschleunigers an der Stanford Doerr School of Nachhaltigkeit unterstützt nun die Bemühungen, die Forschung in praktische Anwendungen zu verlegen.
„Wir haben uns eine neue Chemie vorgestellt, um die inerten Silikatmineralien durch eine einfache Ionenaustauschreaktion zu aktivieren“, sagte Chen, führender Autor der Studie, der die Technik entwickelte, während er in Kanans Labor einen Doktortitel in Chemie erhielt. „Wir haben nicht erwartet, dass es so gut funktioniert wie es.“
Viele Experten sagen, dass eine zusätzliche globale Erwärmung die Verwendung fossiler Brennstoffe erfordern und dauerhaft Milliarden von Tonnen von CO entfernen müssen2 Aus der Atmosphäre. Die Technologien zur Entfernung von Kohlenstoff bleiben jedoch kostspielig, energieintensiv oder beides-und in großem Maßstab unbewiesen. Eine der Technologien, die in letzter Zeit viel Interesse und sogar Investitionen im Frühstadium erhalten2.
„Unser Prozess würde weniger als die Hälfte der Energie erfordern, die durch Führung von Direktluft -Capture -Technologien verwendet wird, und wir glauben, dass wir aus Kostenlohn sehr wettbewerbsfähig sein können“ Die Stanford Doerr School of Sustainability.
Spontane Kohlensäure
Der neue Ansatz wurde von einer jahrhundertealten Technik zum Zement inspiriert.
Die Zementproduktion beginnt mit der Umwandlung von Kalziumoxid in einem auf etwa 1.400 Grad Celsius erhitzten Kiln. Das Calciumoxid wird dann mit Sand gemischt, um einen Schlüsselbestandteil im Zement zu erzeugen.
Das Stanford -Team verwendete ein ähnliches Verfahren in seinem Laborofen, aber anstelle von Sand kombinierten sie Calciumoxid mit einem anderen Mineral, das Magnesium- und Silikationen enthält. Beim Erhitzen tauschten die beiden Mineralien Ionen aus und verwandelten2 in der Luft.
„Der Prozess fungiert als Multiplikator“, sagte Kanan. „Sie nehmen ein reaktives Mineral, Calciumoxid und ein Magnesiumsilikat, das mehr oder weniger inert ist, und Sie erzeugen zwei reaktive Mineralien.“
Als schneller Test der Reaktivität bei Raumtemperatur wurden das Calciumsilikat und das Magnesiumoxid Wasser und reinem CO ausgesetzt2. Innerhalb von zwei Stunden verwandelten sich beide Materialien vollständig in neue Carbonatmineralien mit Kohlenstoff von CO2 im Inneren gefangen.
Für einen realistischeren Test wurden nasse Proben von Calciumsilikat und Magnesiumoxid direkt der Luft ausgesetzt, was eine viel geringere Konzentration von CO aufweist2 als rein co2 Aus einem Tank. In diesem Experiment dauerte der Kohlensäureprozess Wochen bis Monate, noch tausendmal schneller als die natürliche Verwitterung.
Das Stanford -Team sagt, dass ihr Ansatz über das Labor hinaus verwendet werden kann, um CO zu erfassen2 im industriellen Maßstab.
„Sie können sich vorstellen, Magnesiumoxid und Calciumsilikat über große Landflächen zu verteilen, um Co zu entfernen2 Aus Ambient Air „, sagte Kanan.“ Eine aufregende Anwendung, die wir jetzt testen, besteht darin, sie in landwirtschaftliche Boden zu erweitern. Während sie überstehen, verwandeln sich die Mineralien in Bicarbonate, die sich durch den Boden bewegen und dauerhaft im Ozean gelagert werden. „
Kanan sagte, dieser Ansatz könnte Co-Nutzen für Landwirte haben, die typischerweise Calciumcarbonat in den Boden hinzufügen, um den pH-Wert zu erhöhen, wenn er zu niedrig ist-ein Prozess, der als Siming bezeichnet wird.
„Das Hinzufügen unseres Produkts würde die Notwendigkeit einer Limierung beseitigen, da beide Mineralkomponenten alkalisch sind“, erklärte er. „Als Calcium -Silikat -Wetter setzt es Silizium in eine Form, die die Pflanzen aufnehmen können, Silizium frei Die Gesundheit des Bodens – und als Bonus gibt es die Kohlenstoffentfernung. „
Die Zukunft zementieren
Kanans Labor kann etwa 15 Kilogramm materiell pro Woche produzieren. Aber fangen co2 Auf der Skala, die erforderlich ist, um die globalen Temperaturen sinnvoll zu beeinflussen, würde eine jährliche Produktion von Millionen Tonnen Magnesiumoxid und Calciumsilikat erfordern.
Die Forscher sagen, dass die gleichen Ofenkonstruktionen zur Herstellung von Zement die erforderlichen Materialien unter Verwendung reichlicher Magnesiumsilikate wie Olivin oder Serpentin herstellen könnten, die in Kalifornien, dem Balkan und vielen anderen Regionen vorkommt. Dies sind auch übliche übrig gebliebene Materialien – oder Tailings – vom Bergbau.
„Jedes Jahr werden weltweit mehr als 400 Millionen Tonnen Mine -Tailings mit geeigneten Silikaten erzeugt, was eine potenziell große Rohstoffquelle darstellt“, sagte Chen. „Es wird geschätzt, dass es mehr als 100.000 Gigatons Olivin- und Serpentinenreserven auf der Erde gibt, genug, um weitaus mehr CO zu entfernen2 als Menschen haben jemals emittiert. “(Ein Gigaton entspricht 1 Milliarde Tonnen oder etwa 1,1 Milliarden Tonnen.)
Nach Berücksichtigung der Emissionen im Zusammenhang mit dem Verbrennen von Erdgas oder Biokraftstoffen, um die Ofen mit Strom zu versorgen, schätzt die Forscher jede Tonne reaktives Material, die eine Tonne Kohlendioxid aus der Atmosphäre entfernen kann. Wissenschaftler schätzen die globalen Kohlendioxidemissionen aus fossilen Brennstoffen über 37 Milliarden Tonnen im Jahr 2024.
Kanan arbeitet auch mit Jonathan Fan, Associate Professor für Elektrotechnik an der School of Engineering, zusammen, um Öfen zu entwickeln, die mit Strom anstatt fossile Brennstoffe zu verbrennen.
„Die Gesellschaft hat bereits herausgefunden, wie sie Milliarden von Tonnen Zement pro Jahr produzieren können, und Zementöfen laufen jahrzehntelang“, sagte Kanan. „Wenn wir diese Erkenntnisse und Designs verwenden, gibt es einen klaren Weg, wie man von Laborentdeckung zur CO2 -Entfernung in einer aussagekräftigen Skala wechselt.“
Matthew Kanan ist auch Direktor des Tomkat Center für nachhaltige Energie von Stanford. Yuxuan Chen ist Postdoktorand in Materialwissenschaft und Ingenieurwesen an der School of Engineering.
