Ilmuwan Stanford baru saja menemukan cara yang lebih cepat, lebih murah untuk menyimpan karbon secara permanen
Sebuah tim di Stanford telah mengembangkan cara yang kuat namun berenergi rendah untuk menjebak co atmosfer2 menggunakan mineral yang dipanaskan.
Dengan meningkatkan proses pelapukan alami, teknik mereka menciptakan bahan reaktif yang menyerap karbon pada tingkat yang belum pernah terjadi sebelumnya. Pendekatan yang dapat diskalakan ini dapat berintegrasi dengan pertanian dan industri, menghilangkan karbon sambil menguntungkan tanaman dan tanah.
Penangkapan karbon revolusioner: Terobosan berbiaya rendah
Kimiawan Universitas Stanford telah mengembangkan cara praktis dan terjangkau untuk secara permanen menghilangkan karbon dioksida dari atmosfer, membantu memerangi pemanasan global.
Proses baru mereka menggunakan panas untuk memodifikasi mineral umum, mengubahnya menjadi bahan yang sangat reaktif yang secara alami menyerap dan menyimpan CO2. Bahan -bahan ini dapat diproduksi dalam kiln standar, mirip dengan yang digunakan dalam manufaktur semen.
“Bumi memiliki persediaan mineral yang tidak ada habisnya yang mampu menghilangkan CO2 Dari atmosfer, tetapi mereka hanya tidak bereaksi cukup cepat sendiri untuk menangkal emisi gas rumah kaca manusia, ”kata Matthew Kanan, seorang profesor kimia di Stanford School of Humaniora and Sciences dan penulis senior penelitian yang diterbitkan baru -baru ini di Alam. “Pekerjaan kami memecahkan masalah ini dengan cara yang kami pikir dapat diukur secara unik.”
Memanfaatkan kekuatan pelapukan alam
Di alam, mineral umum yang disebut silikat bereaksi dengan air dan co atmosfer2 untuk membentuk ion bikarbonat yang stabil dan mineral karbonat padat – suatu proses yang dikenal sebagai pelapukan. Namun, reaksi ini bisa memakan waktu ratusan hingga ribuan tahun untuk diselesaikan. Sejak 1990 -an, para ilmuwan telah mencari cara untuk membuat batu menyerap karbon dioksida lebih cepat melalui teknik pelapukan yang ditingkatkan.
Sarjana postdoctoral Kanan dan Stanford Yuxuan Chen mengembangkan dan mendemonstrasikan di laboratorium mereka proses baru untuk mengubah silikat-silikat yang lambat menjadi mineral yang jauh lebih reaktif yang menangkap dan menyimpan karbon atmosfer dengan cepat. Hibah dari akselerator keberlanjutan di Stanford Doerr School of Sustainability sekarang mendukung upaya untuk memindahkan penelitian ke dalam aplikasi praktis.
“Kami membayangkan kimia baru untuk mengaktifkan mineral silikat inert melalui reaksi pertukaran ion sederhana,” kata Chen, penulis utama penelitian ini, yang mengembangkan teknik tersebut sambil mendapatkan PhD kimia di lab Kanan. “Kami tidak berharap itu akan berhasil sebaik yang terjadi.”
Banyak ahli mengatakan bahwa mencegah pemanasan global tambahan akan mengharuskan keduanya memangkas penggunaan bahan bakar fosil dan secara permanen menghilangkan miliaran ton CO2 dari atmosfer. Tetapi teknologi untuk pemindahan karbon tetap mahal, intensif energi, atau keduanya-dan tidak terbukti dalam skala besar. Salah satu teknologi yang mendapatkan banyak minat dan bahkan investasi tahap awal akhir-akhir ini adalah penangkapan udara langsung, yang menggunakan panel kipas besar untuk mendorong udara sekitar melalui kimia atau proses lain untuk menghapus CO2.
“Proses kami akan membutuhkan kurang dari setengah energi yang digunakan oleh teknologi penangkapan udara langsung terkemuka, dan kami pikir kami bisa sangat kompetitif dari sudut pandang biaya,” kata Kanan, yang juga seorang senior di Institut Precourt untuk energi di Stanford Doerr School of Sustainability.
Karbonasi Spontan: Terinspirasi oleh Produksi Semen
Pendekatan baru ini diilhami oleh teknik berusia berabad-abad untuk membuat semen.
Produksi semen dimulai dengan mengubah batu kapur menjadi kalsium oksida dalam kiln yang dipanaskan menjadi sekitar 1.400 derajat Celsius. Kalsium oksida kemudian dicampur dengan pasir untuk menghasilkan bahan utama dalam semen.
Tim Stanford menggunakan proses serupa di tungku laboratorium mereka, tetapi bukannya pasir, mereka menggabungkan kalsium oksida dengan mineral lain yang mengandung magnesium dan ion silikat. Saat dipanaskan, dua mineral bertukar ion dan berubah menjadi magnesium oksida dan kalsium silikat – dua mineral alkali yang bereaksi dengan cepat dengan co asam2 di udara.
“Proses ini bertindak sebagai pengganda,” kata Kanan. “Anda mengambil satu mineral reaktif, kalsium oksida, dan magnesium silikat yang kurang lebih lembam, dan Anda menghasilkan dua mineral reaktif.”
Sebagai uji cepat reaktivitas pada suhu kamar, kalsium silikat dan magnesium oksida terpapar air dan CO murni2. Dalam dua jam, kedua bahan benar -benar berubah menjadi mineral karbonat baru dengan karbon dari CO2 terperangkap di dalam.
Untuk uji yang lebih realistis, sampel basah kalsium silikat dan magnesium oksida terpapar langsung ke udara, yang memiliki konsentrasi CO yang jauh lebih rendah2 dari co murni2 dari tangki. Dalam percobaan ini, proses karbonasi membutuhkan waktu berminggu -minggu hingga berbulan -bulan, masih ribuan kali lebih cepat daripada pelapukan alami.
Tim Stanford mengatakan pendekatan mereka dapat digunakan di luar laboratorium untuk menangkap CO2 pada skala industri.
“Anda dapat membayangkan menyebarkan magnesium oksida dan kalsium silikat di atas area lahan yang luas untuk menghilangkan CO2 Dari udara ambient, “kata Kanan. Saat mereka cuaca, mineral berubah menjadi bikarbonat yang dapat bergerak melalui tanah dan berakhir secara permanen disimpan di laut. ”
Kanan mengatakan pendekatan ini dapat memiliki co-offits untuk petani, yang biasanya menambahkan kalsium karbonat ke tanah untuk meningkatkan pH jika terlalu rendah-proses yang disebut liming.
“Menambahkan produk kami akan menghilangkan kebutuhan akan pengumpulan, karena kedua komponen mineral itu bersifat alkali,” jelasnya. “Selain itu, sebagai pelapor kalsium silikat, ia melepaskan silikon ke tanah dalam bentuk yang dapat diambil tanaman, yang dapat meningkatkan hasil panen dan ketahanan.
Penskalaan: dari lab ke dampak global
Laboratorium Kanan dapat menghasilkan sekitar 15 kilogram (sekitar 33 pon) material seminggu. Tapi rekan perangkap2 Pada skala yang diperlukan untuk secara bermakna mempengaruhi suhu global akan membutuhkan produksi tahunan jutaan ton magnesium oksida dan kalsium silikat.
Para peneliti mengatakan desain kiln yang sama yang digunakan untuk membuat semen dapat menghasilkan bahan yang dibutuhkan menggunakan silikat magnesium berlimpah seperti olivin atau serpentine, yang ditemukan di California, Balkan, dan banyak daerah lainnya. Ini juga bahan sisa yang umum – atau tailing – dari penambangan.
“Setiap tahun, lebih dari 400 juta ton tailing tambang dengan silikat yang cocok dihasilkan di seluruh dunia, memberikan sumber bahan baku yang berpotensi besar,” kata Chen. “Diperkirakan ada lebih dari 100.000 gigaton cadangan olivin dan serpentine di Bumi, cukup untuk secara permanen menghapus lebih banyak CO2 daripada yang pernah dipancarkan manusia. ” (Gigaton sama dengan 1 miliar metrik ton, atau sekitar 1,1 miliar ton.)
Setelah memperhitungkan emisi yang terkait dengan pembakaran gas alam atau biofuel untuk memberi daya pada kiln, para peneliti memperkirakan setiap ton bahan reaktif dapat menghilangkan satu ton karbon dioksida dari atmosfer. Para ilmuwan memperkirakan emisi global karbon dioksida dari bahan bakar fosil melebihi 37 miliar ton pada tahun 2024.
Menata ulang kiln untuk masa depan yang bebas karbon
Kanan juga berkolaborasi dengan Jonathan Fan, Associate Professor of Electrical Engineering di School of Engineering, untuk mengembangkan kiln yang berjalan pada listrik alih -alih membakar bahan bakar fosil.
“Masyarakat telah menemukan cara menghasilkan miliaran ton semen per tahun, dan kiln semen berjalan selama beberapa dekade,” kata Kanan. “Jika kita menggunakan pembelajaran dan desain itu, ada jalur yang jelas untuk bagaimana beralih dari penemuan lab ke penghapusan karbon pada skala yang bermakna.”
Referensi: “Thermal ca2+/Mg2+ reaksi pertukaran untuk mensintesis co2 Bahan Penghapusan ”oleh Yuxuan Chen, dan Matthew W. Kanan, 19 Februari 2025, Alam.
Doi: 10.1038/s41586-024-08499-2
Matthew Kanan juga direktur Stanford's Tomkat Center for Sustainable Energy. Yuxuan Chen adalah seorang sarjana postdoctoral dalam ilmu material dan teknik di School of Engineering.
