El óxido de magnesio es un material prometedor para capturar dióxido de carbono directamente de la atmósfera e inyectarlo a gran profundidad para limitar los efectos del cambio climático. Pero para que el método sea económico será necesario descubrir la velocidad a la que se absorbe el dióxido de carbono y cómo las condiciones ambientales afectan las reacciones químicas involucradas.

Los científicos del Laboratorio Nacional Oak Ridge del Departamento de Energía analizaron un conjunto de muestras de cristales de óxido de magnesio expuestas a la atmósfera durante décadas, y otra durante días o meses, para medir las velocidades de reacción. Descubrieron que el dióxido de carbono se absorbe más lentamente durante períodos de tiempo más prolongados debido a una capa reaccionante que se forma en la superficie de los cristales de óxido de magnesio.

Los hallazgos se publican en la revista Environmental Science &Technology. .

"Esta capa reaccionada es una mezcla complicada de diferentes sólidos, lo que limita la capacidad de las moléculas de dióxido de carbono para encontrar óxido de magnesio fresco con el cual reaccionar. Para que esta tecnología sea económica, ahora estamos buscando formas de superar este efecto de blindaje", dijo el ORNL. Juliane Weber, investigadora principal del proyecto.

Andrew Stack, científico de ORNL y miembro del equipo del proyecto, afirmó:"Si podemos hacerlo, este proceso podría lograr el objetivo de Carbon Negative Energy Earthshot de capturar niveles de gigatones de dióxido de carbono del aire por menos de 100 dólares por tonelada métrica de dióxido de carbono."

La mayor parte de las investigaciones anteriores, destinadas a comprender la rapidez con la que se producen las reacciones químicas del óxido de magnesio y el dióxido de carbono, se basaron en cálculos aproximados en lugar de pruebas de materiales. El estudio ORNL marca la primera vez que se realiza una prueba de varias décadas para determinar la velocidad de reacción en escalas de tiempo largas. Utilizando microscopía electrónica de transmisión en el Centro de Ciencia de Materiales Nanofásicos, o CNMS, en ORNL, los investigadores encontraron que se forma una capa reaccionada. Esta capa consta de una variedad de fases complejas de carbonato e hidratadas, cristalinas y amorfas.

"Además, al realizar algunas simulaciones por computadora de modelado de transporte reactivo, determinamos que a medida que la capa reaccionada se acumula, mejora cada vez más en bloquear el dióxido de carbono para que no encuentre óxido de magnesio fresco con el cual reaccionar", dijo el investigador de ORNL Vitaliy Starchenko. "Por lo tanto, en el futuro, estamos buscando formas de evitar este proceso para permitir que el dióxido de carbono encuentre una nueva superficie con la que reaccionar".

Las simulaciones por computadora ayudan a los científicos e ingenieros a comprender cómo evoluciona la capa reaccionada y cambia la forma en que las sustancias se mueven a través de ella con el tiempo. Los modelos informáticos permiten predicciones sobre las reacciones y el movimiento de materiales en sistemas naturales y diseñados, como las ciencias de los materiales y la geoquímica.

Más información: Juliane Weber et al, El blindaje del MgO mediante una capa de pasivación impide la captura directa de CO2 en el aire, Ciencia y tecnología ambientales (2023). DOI:10.1021/acs.est.3c04690

Información de la revista: Ciencia y tecnología ambientales

Proporcionado por el Laboratorio Nacional de Oak Ridge