O óxido de magnésio é um material promissor para capturar dióxido de carbono diretamente da atmosfera e injetá-lo nas profundezas do subsolo para limitar os efeitos das mudanças climáticas. Mas para tornar o método económico será necessário descobrir a velocidade a que o dióxido de carbono é absorvido e como as condições ambientais afectam as reacções químicas envolvidas.



Cientistas do Laboratório Nacional de Oak Ridge, do Departamento de Energia, analisaram um conjunto de amostras de cristais de óxido de magnésio expostas à atmosfera durante décadas, e outra durante dias ou meses, para avaliar as taxas de reação. Eles descobriram que o dióxido de carbono é absorvido mais lentamente durante períodos de tempo mais longos devido a uma camada reagida que se forma na superfície dos cristais de óxido de magnésio.

As descobertas foram publicadas na revista Ciência e Tecnologia Ambiental .

"Esta camada reagida é uma mistura complicada de diferentes sólidos, o que limita a capacidade das moléculas de dióxido de carbono de encontrar óxido de magnésio fresco para reagir. Para tornar esta tecnologia econômica, estamos agora procurando maneiras de superar esse efeito de blindagem", disse ORNL. Juliane Weber, investigadora principal do projeto.

Andrew Stack, cientista do ORNL e membro da equipe do projeto, afirmou:"Se pudermos fazer isso, este processo poderá atingir a meta de Carbono Negativo Energy Earthshot de capturar níveis de gigatoneladas de dióxido de carbono do ar por menos de US$ 100 por tonelada métrica de dióxido de carbono."

A maior parte das pesquisas anteriores, destinadas a compreender a rapidez com que ocorrem as reações químicas do óxido de magnésio e do dióxido de carbono, basearam-se em cálculos aproximados, em vez de testes de materiais. O estudo ORNL marca a primeira vez que um teste de várias décadas foi conduzido para determinar a taxa de reação em longas escalas de tempo. Usando microscopia eletrônica de transmissão no Center for Nanophase Materials Science, ou CNMS, no ORNL, os pesquisadores descobriram que uma camada reagida se forma. Esta camada consiste em uma variedade de fases hidratadas e carbonáticas cristalinas e amorfas complexas.

"Além disso, ao realizar algumas simulações computacionais de modelagem de transporte reativo, determinamos que, à medida que a camada reagida se acumula, ela fica cada vez melhor em impedir que o dióxido de carbono encontre óxido de magnésio fresco para reagir", disse Vitaliy Starchenko, pesquisador do ORNL. “Assim, daqui para frente, estamos procurando maneiras de contornar esse processo para permitir que o dióxido de carbono encontre uma nova superfície com a qual reagir”.

As simulações computacionais ajudam cientistas e engenheiros a compreender como a camada reagida evolui e muda a forma como as substâncias se movem através dela ao longo do tempo. Os modelos computacionais permitem previsões relativas às reações e movimentos de materiais em sistemas naturais e de engenharia, como ciências de materiais e geoquímica.

Mais informações: Juliane Weber et al, Blindagem de MgO por uma camada de passivação impede a captura direta de CO2 no ar, Ciência e tecnologia ambiental (2023). DOI:10.1021/acs.est.3c04690
Informações do diário: Ciência e Tecnologia Ambiental

Fornecido pelo Laboratório Nacional de Oak Ridge