Непростая судьба парниковых газов

Ученые из Университета Цукубы использовали сложный набор экспериментальных тестов, включая синхротронное рассеяние рентгеновских лучей и квантовое компьютерное моделирование, чтобы изучить влияние температуры на структуру карбоната магния. Эта работа может привести к созданию более эффективных технологий улавливания углерода, которые блокируют углекислый газ внутри горных пород как способ борьбы с изменением климата.

Одним из основных факторов антропогенного изменения климата является переизбыток углекислого газа (CO₂) газ в атмосфере от сжигания ископаемого топлива. Этот СО₂ изменяет баланс входящей и выходной солнечной энергии на планете, позволяя видимому солнечному свету достигать Земли, но не позволяя уйти части переизлученной инфракрасной энергии. Было предложено множество подходов к улавливанию углерода, но большинство из них непрактично или подвержены утечке диоксида углерода со временем. Решение, которое навсегда удаляет его из экосистемы, было бы бесценным инструментом для уменьшения интенсивности глобального потепления.

Сейчас группа ученых из Университета Цукубы работает над продвижением концепции улавливания углерода посредством улавливания минералов. При таком подходе углекислый газ осаждается в виде части твердого кристалла или порошка, такого как гидраты карбоната магния. «Более 70% всего углерода в земной коре заключено в форме карбонатов», – объясняет автор, профессор Ацуши Кёно. Кристаллическая структура гидратированных минералов может варьироваться в зависимости от количества включенных молекул воды, что, в свою очередь, может зависеть от температуры. Например, несквехонит (MgCO₃· 3H₂O) форма может стать гидромагнезитом [Mg₅(CO₃)₄(OH)₂·4H₂O] когда содержание воды увеличивается. Эти конфигурации могут иметь заметно разные свойства. Молекулы воды в несквегоните сильно взаимосвязаны сеткой водородных связей, тогда как в структуре гидромагнезита, напротив, сетки нет.

Чтобы изучить влияние температуры на аморфный карбонат магния (AMC), предшественник материалов кристаллического гидрата карбоната магния, команда использовала передовые лабораторные методы, включая синхротронное рассеяние рентгеновских лучей и квантово-химические расчеты. «Мы обнаружили, что ближний порядок немного изменился с температурой, но средний порядок AMC остался неизменным», – объясняет профессор Кёно. Это исследование помогает предоставить больше информации для ученых, работающих над методами улавливания углерода, поскольку показывает, что физические свойства некоторых легко доступных исходных материалов могут быть изменены под воздействием температуры.

Работа опубликована в Научные отчеты как «Температурная зависимость структуры аморфного карбоната магния, изученная с помощью анализа PDF и XAFS» (DOI: 10.1038 / s41598-021-02261-8).

Связанный