211service.com
Kulstoffangende sten
Kemiske reaktioner, der trækker kuldioxid ud af atmosfæren og lagrer det i form af fast sten inde i geologiske formationer, kan udligne milliarder af tons kuldioxidemissioner hvert år, ifølge forskere ved Columbia University i New York. Forskerne siger, at forskning udført på store klippeformationer i Oman foreslår nye måder at binde kuldioxidemissioner på for at hjælpe med at mindske den globale opvarmning.
Kulsyreholdig sten: En type sten rig på magnesium, kaldet peridotit, er beklædt med årer indeholdende magnesiumcarbonat, der dannes, når stenen kommer i kontakt med kuldioxid fra atmosfæren.
Forskerne har vist, at klippeformationer kaldet peridotite, som findes i Oman og flere andre steder verden over, herunder Californien og New Guinea, producerer calciumcarbonat og magnesiumcarbonatsten, når de kommer i kontakt med kuldioxid. Forskerne fandt ud af, at sådanne formationer i Oman naturligt binder hundredtusindvis af tons kuldioxid om året. Baseret på disse resultater skrev forskerne i den nuværende tidlige udgave af Proceedings of the National Academy of Sciences , beregne, at kulstofbindingshastigheden i klippeformationer i Oman kan øges til milliarder af tons om året - mere end kulstofemissionerne i USA fra kulfyrede kraftværker, som kommer til 1,5 milliarder tons om året.
Columbia-forskernes strategi er attraktiv på grund af det meget store potentiale til at lagre enorme mængder kuldioxid, siger Marco Mazzotti , leder af Separation Processes Laboratory ved Swiss Federal Institute of Technology i Zürich. Typisk involverer dagens strategi for kulstofbinding at pumpe det under jorden, hvor det er fanget i porøse grundvandsmagasiner. Da Columbia-forskernes tilgang ville lagre kuldioxid i form af sten, ville det eliminere chancen for, at kuldioxiden ville lække ud, siger Mazzotti.
Forskerne fandt ud af, at de naturlige peridotitformationer i Oman fangede kuldioxid i et netværk af underjordiske årer. Peridotite indeholder store mængder olivin, et mineral bestående af magnesium, silicium og oxygen. Når grundvandet reagerer med olivinen, bliver vandet rigt på opløst magnesium og bikarbonat, hvor sidstnævnte effektivt øger kulstofkoncentrationen i vandet med omkring 10 gange. Da dette vand siver dybere ind i klippen og holder op med at reagere med luften, falder magnesium, kulstof og ilt ud af opløsningen og danner magnesiumkarbonat, også kaldet magnesit. Der dannes også dolomit, som indeholder calcium, magnesium, kulstof og ilt. Efterhånden som magnesit og dolomit dannes, øger de det samlede volumen af klippen med omkring 44 procent, hvilket forårsager, at der opstår revner overalt i den, hvilket skaber et netværk af brud så små som 50 mikrometer på tværs. Dette åbner klippen og tillader vand at trænge længere ind. Det er lidt ligesom at sætte ild til en kullag, siger Peter Kelemen , professor i jord- og miljøstudier ved Columbia University. Du tager sten, der ikke er blevet udsat for atmosfæren, og du oxiderer dem meget hurtigt.
Forskerne beregner, at den naturlige proces kan fremskyndes dramatisk. Ved at bruge teknikker, der almindeligvis anvendes af olieindustrien til at øge olieproduktionen, kan klippen brydes yderligere, hvilket øger overfladearealet for reaktionerne. Kuldioxid opsamlet fra kraftværker kunne derefter pumpes ind i klippen, hvor det ville udløse dannelsen af karbonater. Opvarmning af klippen ville øge reaktionshastigheden. Hvad mere er, fordi reaktionerne selv genererer varme, når de når en vis hastighed, vil de være selvbærende. At starte denne selvopretholdende reaktion ville kræve opvarmning af klippen til 185 °C, siger forskerne, hvilket kunne gøres under processen med at bryde klippen. De beregner, at i et sådant system ville en kubikkilometer sten lagre en milliard tons kuldioxid om året.
Mineralske kilder: Calciumkarbonatsten, der dannes som basisk, calciumrigt vand siver fra underjordiske kilder i Oman.
Forskerne foreslår en kulstofbindingsstrategi, der vil eliminere behovet for at transportere kuldioxid samt behovet for at varme klippen op. I dette scenarie ville de få adgang til klippeformationer i lavvandet hav ud for Omans kyst og andre steder ved at bore i dem og bryde klippen ved hjælp af eksisterende olieindustriteknikker. Forskerne ville bore to huller. I én, ville de pumpe køligt havvand. Stentemperaturen stiger med dybden, så efterhånden som vandet pumpes ind i hullerne, bliver det varmere, indtil det når næsten 185 °C. Kuldioxid, der er naturligt opløst i vandet, vil derefter udfældes fra opløsningen. Det varme vand ville til sidst finde vej gennem den sprækkede klippe til det andet borede hul, hvor det ville stige til overfladen via konvektion. Dette havvand ville hurtigt absorbere mere kuldioxid, da lavt vand og surf blandes godt med atmosfæren. Fordi atmosfæren transporterer kuldioxid over hele verden gratis, siger Kelemen, kan denne tilgang, hvis den implementeres i stor skala, bruges til at sænke verdensomspændende niveauer af kuldioxid.
Dette scenarie ville være begrænset af koncentrationen af kuldioxid i havvand, så en kubikkilometer sten ville kun binde omkring en million tons kuldioxid om året. Men da det ikke ville være nødvendigt at transportere kuldioxid eller betale for at opvarme stenen, siger Kelemen, ville det være muligt at arbejde med meget større områder af sten og derved nå en rate på milliarder af tons kuldioxid om året.
Fra et konceptuelt synspunkt giver alt, hvad de siger, mening, siger Mazzotti. Alligevel er der stadig spørgsmål om, hvorvidt metoderne vil virke i praksis. For det første afhænger de selvopretholdende reaktioner af, at magnesiumcarbonatet og andre bundfald fortsætter med at knække klippen for at blotlægge mere af den. Forskerne har observeret, at dette er sket i geologien i Oman, men det er ikke givet, at det ville fortsætte i de scenarier, de foreslår. Forskernes koncepter bør nu suppleres med store tests, siger Mazzotti.