El nuevo proceso obtiene rocas comunes para atrapar el carbono de forma rápida y económica

Los químicos de la Universidad de Stanford han desarrollado una forma práctica de bajo costo de eliminar permanentemente el dióxido de carbono atmosférico, el principal impulsor del calentamiento global y el cambio climático.

El nuevo proceso utiliza el calor para transformar minerales comunes en materiales que extraen espontáneamente el carbono de la atmósfera y lo secuestran permanentemente. Estos materiales reactivos se pueden producir en hornos convencionales, como los que se usan para hacer cemento.

“La Tierra tiene un suministro inagotable de minerales que son capaces de eliminar CO₂ desde la atmósfera, pero simplemente no reaccionan lo suficientemente rápido por su cuenta para contrarrestar las emisiones de gases de efecto invernadero humano “, dijo Matthew Kanan, profesor de química en la Escuela de Humanidades y Ciencias de Stanford y autor principal del estudiar en Naturaleza. “Nuestro trabajo resuelve este problema de una manera que creemos que es excepcionalmente escalable”.

Meteorización mejorada

En la naturaleza, los minerales comunes llamados silicatos reaccionan con agua y co atmosférica₂ Para formar iones de bicarbonato estables y minerales de carbonato sólido, un proceso conocido como meteorización. Sin embargo, esta reacción puede llevar cientos a miles de años para completarse. Desde la década de 1990, los científicos han estado buscando formas de hacer que las rocas absorban el dióxido de carbono más rápidamente a través de técnicas de meteorización mejoradas.

El erudito postdoctoral de Kanan y Stanford, Yuxuan Chen, desarrolló y demostró en su laboratorio un nuevo proceso para convertir los silicatos de viento lenta en minerales mucho más reactivos que capturan y almacenan carbono atmosférico rápidamente.

“Imaginamos una nueva química para activar el inerte silicato Minerales a través de una simple reacción de intercambio iónico “, dijo Chen, autor principal del estudio, quien desarrolló la técnica mientras ganaba un Ph.D. de Chemistry en el laboratorio de Kanan.” No esperábamos que funcionara tan bien como lo hace “.

Muchos expertos dicen que prevenir el calentamiento global adicional requerirá por la reducción del uso de combustibles fósiles y la eliminación permanente de miles de millones de toneladas de CO₂ de la atmósfera. Pero las tecnologías para la eliminación de carbono siguen siendo costosas, intensivas en energía o ambas, y no probadas a gran escala. Una de las tecnologías que reciben mucho interés e incluso la inversión en etapa inicial últimamente es la captura de aire directo, que utiliza paneles de grandes ventiladores para conducir aire ambiental a través de químicos u otros procesos para eliminar CO₂.

“Nuestro proceso requeriría menos de la mitad de la energía utilizada por el liderazgo captura de aire directo Tecnologías, y creemos que podemos ser muy competitivos desde un punto de vista de costos “, dijo Kanan, quien también es miembro principal del Instituto de Energía Precourt en la Escuela de Sostenibilidad Stanford Doerr.

Carbonatación espontánea

El nuevo enfoque se inspiró en una técnica de siglos de antigüedad para hacer cemento.

La producción de cemento comienza convirtiendo la piedra caliza en óxido de calcio en un horno calentado a unos 1.400 grados Celsius. El óxido de calcio se mezcla con arena para producir un ingrediente clave en el cemento.

El equipo de Stanford utilizó un proceso similar en su horno de laboratorio, pero en lugar de arena, combinaron óxido de calcio con otro mineral que contiene magnesio e iones de silicato. Cuando se calientan, los dos minerales cambiaron los iones y se transformaron en óxido de magnesio y silicato de calcio, dos minerales alcalinos que reaccionan rápidamente con CO ácido₂ en el aire.

“El proceso actúa como un multiplicador”, dijo Kanan. “Toma un mineral reactivo, óxido de calcio y un silicato de magnesio que es más o menos inerte, y genera dos minerales reactivos”.

Como una prueba rápida de reactividad a temperatura ambiente, el silicato de calcio y el óxido de magnesio se expusieron al agua y a CO puro₂. En dos horas, ambos materiales se habían transformado por completo en nuevos minerales de carbonato con carbono de CO₂ Atrapado por dentro.

Para una prueba más realista, las muestras húmedas de silicato de calcio y óxido de magnesio se expusieron directamente al aire, que tiene una concentración mucho menor de CO₂ que puro co₂ de un tanque. En este experimento, el proceso de carbonatación tardó semanas o meses en ocurrir, aún miles de veces más rápido que la meteorización natural.

El equipo de Stanford dice que su enfoque se puede utilizar más allá del laboratorio para capturar CO₂ a escala industrial.

“Se puede imaginar extender el óxido de magnesio y el silicato de calcio en grandes áreas terrestres para eliminar CO₂ Desde el aire ambiental “, dijo Kanan.” Una aplicación emocionante que estamos probando ahora es agregarlos al suelo agrícola. Mientras clientan, los minerales se transforman en bicarbonatos que pueden moverse a través del suelo y terminar almacenados permanentemente en el océano “.

Kanan dijo que este enfoque podría tener co-beneficios para los agricultores, que generalmente agregan carbonato de calcio al suelo para aumentar el pH si es demasiado bajo, un proceso llamado liming.

“Agregar nuestro producto eliminaría la necesidad de limitar, ya que ambos componentes minerales son alcalinos”, explicó. “Además, a medida que el silicato de calcio se acumula, libera silicio al suelo en una forma que las plantas pueden ocupar, lo que puede mejorar los rendimientos y la resiliencia de los cultivos. Idealmente, los agricultores pagarían por estos minerales porque son beneficiosos para la productividad agrícola y la salud del suelo, y como un bono, existe la eliminación de carbono”.

Cementando el futuro

El laboratorio de Kanan puede producir alrededor de 15 kilogramos (aproximadamente 33 libras) de material por semana. Pero atrapando co₂ en la escala requerida para afectar significativamente las temperaturas globales requerirían la producción anual de millones de toneladas de óxido de magnesio y silicato de calcio.

Los investigadores dicen que los mismos diseños de horno utilizados para hacer cemento podrían producir los materiales necesarios utilizando abundantes silicatos de magnesio como Olivine o Serpentine, que se encuentra en California, los Balcanes y muchas otras regiones. Estos también son materiales sobrantes comunes, o relaves, de la minería.

“Cada año, se generan más de 400 millones de toneladas de relaves mineros con silicatos adecuados en todo el mundo, proporcionando una fuente potencialmente grande de materia prima”, dijo Chen. “Se estima que hay más de 100,000 gigatones de reservas de Olivine y Serpentine en la Tierra, suficiente para eliminar permanentemente mucho más CO₂ que los humanos han emitido “(un gigaton equivale a 1 mil millones de toneladas métricas, o alrededor de 1.100 millones de toneladas).

Después de tener en cuenta las emisiones asociadas con la quema de gas natural o biocombustible para alimentar los hornos, los investigadores estiman que cada tonelada de material reactivo podría eliminar una tonelada de dióxido de carbono de la atmósfera. Los científicos estiman las emisiones globales de dióxido de carbono a partir de combustibles fósiles superaron los 37 mil millones de toneladas en 2024.

Kanan también está colaborando con Jonathan Fan, profesor asociado de ingeniería eléctrica en la Escuela de Ingeniería, para desarrollar hornos que funcionan con electricidad en lugar de quemar combustibles fósiles.

“La sociedad ya ha descubierto cómo producir miles de millones de toneladas de cemento por año, y los hornos de cemento funcionan durante décadas”, dijo Kanan. “Si usamos esos aprendizajes y diseños, hay un camino claro sobre cómo pasar del descubrimiento de laboratorio a la eliminación de carbono en una escala significativa”.