L’oxyde de magnésium est un matériau prometteur pour capter le dioxyde de carbone directement de l’atmosphère et l’injecter en profondeur pour limiter les effets du changement climatique. Mais pour rendre la méthode économique, il faudra découvrir la vitesse à laquelle le dioxyde de carbone est absorbé et comment les conditions environnementales affectent les réactions chimiques impliquées.
Les scientifiques du laboratoire national d'Oak Ridge du ministère de l'Énergie ont analysé un ensemble d'échantillons de cristaux d'oxyde de magnésium exposés à l'atmosphère pendant des décennies, et un autre pendant des jours, voire des mois, pour évaluer les taux de réaction. Ils ont découvert que le dioxyde de carbone est absorbé plus lentement sur des périodes plus longues en raison d'une couche de réaction qui se forme à la surface des cristaux d'oxyde de magnésium.
Les résultats sont publiés dans la revue Environmental Science &Technology. .
"Cette couche ayant réagi est un mélange complexe de différents solides, ce qui limite la capacité des molécules de dioxyde de carbone à trouver de l'oxyde de magnésium frais avec lequel réagir. Pour rendre cette technologie économique, nous cherchons maintenant des moyens de surmonter cet effet de blindage", a déclaré l'ORNL. Juliane Weber, chercheuse principale du projet.
Andrew Stack, scientifique à l'ORNL et membre de l'équipe du projet, a déclaré :« Si nous pouvons le faire, ce processus pourrait permettre d'atteindre l'objectif de Carbon Negative Energy Earthshot consistant à capturer des niveaux de plusieurs gigatonnes de dioxyde de carbone présent dans l'air pour moins de 100 dollars par an. tonne métrique de dioxyde de carbone."
La plupart des recherches précédentes, visant à comprendre la vitesse à laquelle se produisent les réactions chimiques de l’oxyde de magnésium et du dioxyde de carbone, reposaient sur des calculs approximatifs plutôt que sur des tests de matériaux. L’étude ORNL marque la première fois qu’un test sur plusieurs décennies est effectué pour déterminer la vitesse de réaction sur de longues échelles de temps. En utilisant la microscopie électronique à transmission au Center for Nanophase Materials Science, ou CNMS, de l'ORNL, les chercheurs ont découvert qu'une couche ayant réagi se formait. Cette couche est constituée d'une variété de phases complexes cristallines et amorphes hydratées et carbonatées.
"De plus, en effectuant des simulations informatiques de modélisation du transport réactif, nous avons déterminé qu'à mesure que la couche ayant réagi s'accumule, elle empêche de mieux en mieux le dioxyde de carbone de trouver de l'oxyde de magnésium frais avec lequel réagir", a déclaré Vitaliy Starchenko, chercheur à l'ORNL. "Ainsi, à l'avenir, nous étudions des moyens de contourner ce processus pour permettre au dioxyde de carbone de trouver une nouvelle surface avec laquelle réagir."
Les simulations informatiques aident les scientifiques et les ingénieurs à comprendre comment la couche ayant réagi évolue et modifie la manière dont les substances la traversent au fil du temps. Les modèles informatiques permettent de prédire les réactions et les mouvements des matériaux dans les systèmes naturels et artificiels, tels que les sciences des matériaux et la géochimie.
Plus d'informations : Juliane Weber et al, Le blindage du MgO par une couche de passivation empêche la capture directe du CO2 dans l'air, Science et technologie de l'environnement (2023). DOI :10.1021/acs.est.3c04690
Informations sur le journal : Sciences et technologies environnementales
Fourni par le Laboratoire national d'Oak Ridge
