При сжигании ископаемого топлива выделяется углекислый газ (CO2). Когда газ поднимается вверх и попадает в атмосферу, он сохраняет тепло в рамках процесса, называемого парниковым эффектом. Повышение температуры, связанное с парниковым эффектом, может вызвать таяние ледяных шапок, повышение уровня моря и потерю естественной среды обитания для видов растений и животных.
Ученые-экологи, пытающиеся смягчить воздействие CO2, экспериментировали с введением его глубоко под землю, где он попадает в ловушку. Эти испытания в основном проводились в водоносных горизонтах песчаника, однако закачиваемый CO2 в основном остается в виде пузырьков, которые могут вернуться на поверхность, если в покрывающем пласте есть трещины. Другой подход с использованием базальтовых потоков в качестве мест закачки - главным образом на объекте CarbFix в Исландии и в штате Вашингтон - дал потрясающие результаты. Металлы в базальте способны превращать CO2 в твердый инертный минерал за считанные месяцы. Хотя новый метод является многообещающим, подземные закачки могут быть неточными, их трудно отследить и измерить.
Теперь новое исследование ученых из Вашингтонского университета в Сент-Луисе проливает свет на то, что происходит под землей, когда CO2 вводят в базальт, точно иллюстрируя, насколько эффективна вулканическая порода. использоваться в качестве средства снижения выбросов CO2. Исследование, возглавляемое Дэниелом Джаммаром, профессором Уолтера Э. Брауна по инженерной инженерии окружающей среды в Школе инженерии и прикладных наук, проводилось в сотрудничестве с исследователями из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории и Филипом Скемером, адъюнкт-профессором наук о Земле и планетах в искусстве. и наук в Вашингтонском университете.
«В полевых условиях вы впрыскиваете углекислый газ, и это очень открытая система», - сказал Джаммар. «Вы не можете получить хорошее ограничение с точки зрения оценки производительности. Вы знаете, что произвели некоторое количество карбоната из CO2, но вы действительно не знаете, сколько. В лаборатории, у нас есть четко определенные границы.
Чтобы получить более четкое, поддающееся количественному измерению представление о степени улавливания углерода в базальте, Джаммар собрал образцы горной породы в штате Вашингтон, куда исследователи ранее ввели тысячу тонн газа CO2 глубоко под землей в базальтовый поток. Он поместил камни в небольшие реакторы, которые напоминают мультиварки, чтобы имитировать подземные условия, а затем ввел CO2, чтобы проверить переменные, участвующие в процессе карбонизации.
«Мы реагировали на это при тех же условиях давления и температуры, что и в полевых условиях, за исключением того, что мы делаем все это в небольшом герметичном сосуде», - сказал Джаммар. «Таким образом, мы знаем, сколько углекислого газа попало внутрь, и мы точно знаем, куда он ушел. После этого мы можем посмотреть на всю породу и увидеть, сколько карбоната образовалось в этой породе."
Лаборатория хранила базальт в компрессионных камерах и наблюдала за ним, используя трехмерное изображение для анализа порового пространства через шесть недель, 20 недель и 40 недель. Они могли наблюдать момент за моментом, как CO2 осаждался в минерал, точные пустоты в базальте, который он заполнил, и точные места в скале, где начался процесс карбонизации.
После того, как все данные были собраны и проанализированы, Джаммар и его команда предсказали, что 47 килограммов CO2 могут быть преобразованы в минерал в одном кубическом метре базальта. Эту оценку теперь можно использовать в качестве основы для масштабирования, количественно определяя, сколько CO2 может быть эффективно преобразовано на целых участках базальтового потока.
«Люди провели исследования доступных базальтовых потоков», - сказал Джаммар. «Эти данные помогут нам определить, какие из них действительно могут быть восприимчивы к введению в них CO2, а затем также помогут нам определить емкость. Оно большое. Выбросы CO2 в США стоят годы и годы.
Лаборатория Джаммара в настоящее время делится своими результатами с коллегами из Мичиганского университета, которые помогут в разработке вычислительной модели, которая поможет исследователям найти надежное решение для CO2снижение. Исследователи из Вашингтонского университета также были приглашены принять участие во втором этапе проекта Министерства энергетики США по обеспечению безопасности хранения углерода, или CarbonSAFE, в рамках которого исследуются новые технологии сокращения выбросов CO2.