Uit onderzoek van het Oak Ridge National Laboratory naar magnesiumoxide voor het afvangen van koolstof blijkt dat de absorptiesnelheid in de loop van de tijd afneemt als gevolg van de vorming van oppervlaktelagen, wat de economische levensvatbaarheid in gevaar brengt en een leidraad biedt voor toekomstig oplossingsgericht onderzoek. Magnesiumoxide is een veelbelovend materiaal om kooldioxide rechtstreeks uit de atmosfeer op te vangen en diep onder de grond te injecteren om de effecten van klimaatverandering te beperken. Om deze aanpak echter kosteneffectief te laten zijn, zal het nodig zijn om te ontdekken hoe snel koolstofdioxide wordt geabsorbeerd en hoe omgevingsomstandigheden de bijbehorende chemische reacties beïnvloeden.

Bij één voorgestelde methode voor het opvangen van koolstof combineren magnesiumoxidekristallen op de grond zich met koolstofdioxidemoleculen in de omringende lucht om magnesiumcarbonaat te vormen. Het magnesiumcarbonaat wordt vervolgens verwarmd, waardoor het weer wordt omgezet in magnesiumoxide en de kooldioxide vrijkomt, die ondergronds wordt geplaatst of wordt afgezonderd. Bron: AdamMalin/ORNL, Amerikaanse ministerie van Energie

Wetenschappers van het Oak Ridge National Laboratory (ORNL) van het Amerikaanse ministerie van Energie analyseerden een monster van magnesiumoxidekristallen die al tientallen jaren aan de atmosfeer waren blootgesteld, en een ander monster van magnesiumoxidekristallen die dagen tot maanden aan de atmosfeer waren blootgesteld om de reactiesnelheid te bepalen. Ze ontdekten dat koolstofdioxide over langere tijd langzamer werd geabsorbeerd vanwege de reactieve laag die zich op het oppervlak van de magnesiumoxidekristallen vormde.

"Deze reactieve laag is een complex mengsel van verschillende vaste stoffen, waardoor het vermogen van kooldioxidemoleculen om vers magnesiumoxide te vinden om mee te reageren wordt beperkt. Om deze technologie kosteneffectief te maken, werken we nu aan manieren om dit pantsereffect te overwinnen", zegt Juliane Weber van ORNL, hoofdonderzoeker van het project. "Als we dat kunnen doen, kan dit proces mogelijk het doel van een koolstofnegatieve Earthshot bereiken, namelijk het opvangen van gigaton koolstofdioxide uit de lucht voor minder dan $ 100 per ton koolstofdioxide."

De meeste eerdere onderzoeken die gericht waren op het begrijpen van hoe snel magnesiumoxide en koolstofdioxide chemisch reageren, waren gebaseerd op berekeningen op de achterkant van de envelop in plaats van op materiaaltesten. De ORNL-studie markeert de eerste decennialange test om de snelheid van reacties over lange perioden te bepalen. Met behulp van transmissie-elektronenmicroscopie bij het Centre for Nanomaterials Science (CNMS) van ORNL ontdekten de onderzoekers dat zich een reactieve laag had gevormd. Deze laag bestaat uit een complexe verscheidenheid aan kristallijne en amorfe gehydrateerde en carbonaatfasen.

"Bovendien hebben we, door enkele computersimulaties van het reactietransportmodel uit te voeren, vastgesteld dat naarmate de reactielaag zich vormt, deze beter voorkomt dat kooldioxide nieuw magnesiumoxide vindt om mee te reageren", zegt Vitaliy Starchenko, een onderzoeker bij ORNL. "Dus we kijken hoe we dit proces kunnen omzeilen en de koolstofdioxide nieuwe oppervlakken kunnen laten vinden om mee te reageren."

Computersimulaties helpen wetenschappers en ingenieurs te begrijpen hoe de reactielaag evolueert en hoe de manier waarop materie er doorheen beweegt in de loop van de tijd verandert. Computermodellen maken voorspellingen mogelijk van de reactie en beweging van materialen in natuurlijke en kunstmatige systemen zoals materiaalkunde en geochemie.

Samengestelde bron: ScitechDaily