オークリッジ国立研究所の炭素捕捉のための酸化マグネシウムに関する研究では、表面層の形成により吸収速度が時間の経過とともに遅くなり、経済的実行可能性が課題となり、将来のソリューション重視の研究への指針が得られることが示されています。酸化マグネシウムは、大気から直接二酸化炭素を捕捉し、地下深くに注入して気候変動の影響を制限するための有望な材料です。ただし、このアプローチを費用対効果の高いものにするためには、二酸化炭素がどのくらい早く吸収されるか、また環境条件が関連する化学反応にどのような影響を与えるかを発見する必要があります。
米国エネルギー省のオークリッジ国立研究所（ORNL）の科学者たちは、反応速度を測定するために、数十年にわたって大気にさらされた酸化マグネシウム結晶のサンプルと、数日から数か月にわたって大気にさらされた別の酸化マグネシウム結晶のサンプルを分析しました。彼らは、酸化マグネシウム結晶の表面に形成された反応層により、二酸化炭素が長期間にわたってよりゆっくりと吸収されることを発見しました。
「この反応層はさまざまな固体の複雑な混合物であり、反応する新鮮な酸化マグネシウムを見つける二酸化炭素分子の能力を制限しています。この技術を費用対効果の高いものにするために、私たちは現在、この装甲効果を克服する方法に取り組んでいます」とこのプロジェクトの主任研究者であるORNLのジュリアン・ウェーバーは述べた。 「それができれば、このプロセスは、二酸化炭素1トン当たり100ドル未満で空気中から数ギガトンの二酸化炭素を回収するというカーボンネガティブ・アースショットの目標を達成できるかもしれない。」
酸化マグネシウムと二酸化炭素が化学的にどのくらい速く反応するかを理解することを目的としたこれまでの研究のほとんどは、材料試験ではなく、裏計算に頼っていました。 ORNLの研究は、長期間にわたる反応速度を測定するための数十年にわたる初めてのテストとなる。 ORNL のナノマテリアル科学センター (CNMS) で透過型電子顕微鏡を使用して、研究者らは反応層が形成されていることを発見しました。この層は、複雑なさまざまな結晶質および非晶質の水和相および炭酸塩相で構成されています。
「さらに、いくつかの反応輸送モデルのコンピューターシミュレーションを行うことで、反応層が形成されるにつれて、二酸化炭素が反応する新しい酸化マグネシウムを見つけるのをより効果的に防ぐことができることがわかりました」とORNLの研究者、ヴィタリー・スタルチェンコ氏は述べた。 「そこで私たちは、このプロセスを回避して、二酸化炭素が反応する新しい表面を見つけられるようにする方法を検討しています。」
コンピューター シミュレーションは、科学者やエンジニアが反応層がどのように進化するか、物質の移動方法が時間の経過とともにどのように変化するかを理解するのに役立ちます。コンピューター モデルを使用すると、材料科学や地球化学などの自然システムおよび人工システムにおける材料の反応や移動を予測できます。
コンパイルされたソース: ScitechDaily