من بين كل غازات الدفيئة التي تهدف إلى الكوكب ، فإن النشاطات البشرية التي تهدف إلى الكوكب في الغلاف الجوي ، فإن ثاني أكسيد الكربون هو أهم انبعاثات. على هذا النحو ، اقترح الخبراء أنه ، بالإضافة إلى خفض استخدام الوقود الأحفوري بشكل كبير ، يجب علينا إزالة ثاني أكسيد الكربون (CO2) بشكل كبير من الغلاف الجوي. ومع ذلك ، فإن ما يُعرف باسم تقنية التقاط الكربون ، عادةً ما يكون باهظ الثمن و/أو كثافة الطاقة ، ويستلزم حلول تخزين الكربون.
الآن ، اقترح الباحثون في جامعة ستانفورد استراتيجية عملية بشكل مدهش: اجعل الصخور تفعل ذلك من أجلنا.
إنهم لا يمزحون. طور كيمياء ستانفورد ماثيو كانان ويوكوان تشن عملية تستخدم الحرارة لتحويل المعادن إلى مواد تمتص ثاني أكسيد الكربون – بشكل خاص. كما هو مفصل في دراسة نشرت الأربعاء في المجلة طبيعة، العملية عملية ومنخفضة التكلفة. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن تلبي صخور كانان وتشن المفيدة للغاية احتياجات الممارسة الزراعية المشتركة ، مما يضرب عصفورين بحجر واحد.
وقال كانان ، مؤلف الدراسة في الدراسة ، “الأرض لديها إمدادات لا تنضب من المعادن القادرة على إزالة ثاني أكسيد الكربون من الجو ، لكنها لا تتفاعل بسرعة كافية من تلقاء نفسها لمواجهة انبعاثات غازات الدفيئة البشرية”. بيان ستانفورد. “عملنا يحل هذه المشكلة بطريقة نعتقد أنها قابلة للتطوير بشكل فريد.”
على مدى عقود ، درس العلماء طرقًا لتسريع امتصاص بعض الصخور الطبيعي لـ CO2 ، وهي عملية تسمى التجوية التي يمكن أن تستغرق المئات إن لم يكن آلاف السنين. يبدو أن Kanan و Chen قد قطعوا الرمز من خلال تحويل المعادن الشائعة البطيئة التي تسمى السيليكات إلى المعادن السريعة.
“لقد تصورنا كيمياء جديدة لتنشيط المعادن الخاملة (وليس التفاعلية الكيميائية) من خلال تفاعل بسيط لتبادل أيون” ، أوضح تشن. الأيونات هي ذرات أو مجموعات من الذرات مع شحنة كهربائية. “لم نتوقع أن ينجح الأمر كما هو الحال.”
كان Kanan و Chen مستوحى من إنتاج الأسمنت ، حيث يقوم الفرن أو الفرن ، بتحويل الحجر الجيري (صخرة رسوبية) إلى مركب كيميائي تفاعلي يسمى أكسيد الكالسيوم ، والذي يتم خلطه بعد ذلك بالرمل. قام الكيميائيون بتكرار هذه العملية ، لكنهم قاموا بتبديل الرمال لمادة تسمى سيليكات المغنيسيوم. يحتوي سيليكات المغنيسيوم على اثنين من المعادن التي ، مع الحرارة ، تبادل الأيونات وتحولت إلى أكسيد المغنيسيوم وسيليكات الكالسيوم: المعادن التي تتغلب بسرعة.
وقال كانان: “تعمل العملية كمضاعف”. “تأخذ معدنًا تفاعليًا واحدًا وأكسيد الكالسيوم وسيليكات المغنيسيوم الخاملة إلى حد ما ، وتولد اثنين من المعادن التفاعلية.”
لاختبار نتائجها ، كشف Kanan و Chen عن سيليكات الكالسيوم الرطبة وأكسيد المغنيسيوم للهواء. لقد تحولوا إلى معادن كربونات – نتيجة التجوية – مع أسابيع إلى أشهر.
وقال كانان: “يمكنك أن تتخيل انتشار أكسيد المغنيسيوم وسيليكات الكالسيوم على مساحات أرضية كبيرة لإزالة ثاني أكسيد الكربون من الهواء المحيط”. “أحد التطبيقات المثيرة التي نختبرها الآن هو إضافتها إلى التربة الزراعية.” يمكن أن يكون هذا التطبيق أيضًا عمليًا للمزارعين ، الذين يضيفون كربونات الكالسيوم إلى التربة عندما يكون حمضيًا للغاية: وهو محلول يسمى Liming.
“إن إضافة منتجاتنا من شأنه أن يلغي الحاجة إلى الحجم ، لأن كلا المكونات المعدنية قلوية (أساسية ، على عكس الحمضية)” ، أوضح كانان. بالإضافة إلى ذلك ، نظرًا لأن سيليكات الكالسيوم ، فإنه يطلق السيليكون إلى التربة في شكل يمكن أن تشغله النباتات ، مما يمكن أن يحسن عائدات المحاصيل والمرونة. من الناحية المثالية ، سيدفع المزارعون ثمن هذه المعادن لأنهم مفيدون للإنتاجية الزراعية وصحة التربة – وكمكافأة ، هناك إزالة الكربون. “
يمكن أن يمتص ما يقرب من طن من أكسيد المغنيسيوم وسيليكات الكالسيوم طنًا واحدًا من ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي – وهذا تقدير حسابات ثاني أكسيد الكربون المنبعثة من الأفران نفسها ، والتي لا تزال تتطلب أقل من نصف الطاقة المستخدمة في تقنيات التقاط الكربون الأخرى.
ومع ذلك ، فإن تحجيم هذا الحل إلى مستوى مؤثر يتطلب ملايين الأطنان من أكسيد المغنيسيوم وسيليكات الكالسيوم ، سنويًا. ومع ذلك ، يشير تشن إلى أنه إذا كانت تقديرات الاحتياطيات الطبيعية لسيليكات المغنيسيوم مثل أوليفين أو سربنتين دقيقة ، فستكون كافية لإزالة جميع ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي الذي تم التخلص منه ، ثم بعضها. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن استرداد السيليكات من مخلفات الألغام (بقايا التعدين).
وقال كانان: “لقد اكتشف المجتمع بالفعل كيفية إنتاج مليارات الأطنان من الأسمنت سنويًا ، وترشح أفران الأسمنت لعقود من الزمن”. “إذا استخدمنا تلك التعلم والتصميمات ، فهناك طريق واضح لكيفية الانتقال من اكتشاف المختبر إلى إزالة الكربون على مقياس ذي معنى.”