Стэнфордский университет разрабатывает технологию низкоэнергетического улавливания углерода, которая поможет сократить глобальные выбросы углерода

Группа исследователей из Стэнфордского университета разработала инновационный, низкоэнергетический метод быстрого улавливания углекислого газа из атмосферы путем нагревания минералов. Эта технология усиливает естественный процесс выветривания, поглощая углерод беспрецедентными темпами, и может сочетаться с сельским хозяйством и промышленностью, чтобы не только помочь устранить выбросы углерода, но и улучшить рост сельскохозяйственных культур и здоровье почвы.

Прорывная технология улавливания углерода: низкая стоимость, высокая эффективность

Исследовательская группа под руководством Мэтью Канана, профессора химии Стэнфордской школы гуманитарных наук, разработала экономически выгодный метод постоянного удаления углекислого газа из атмосферы. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature. Их технология заключается в термической обработке обычных минералов, в результате чего они превращаются в высокореакционные материалы, которые естественным образом поглощают и хранят углекислый газ.

Профессор Каннан сказал: «На Земле много минералов, которые могут удалять углекислый газ из атмосферы, но их естественная реакция слишком медленная, чтобы компенсировать выбросы парниковых газов человеком. Наши исследования предлагают уникальное и масштабируемое решение».

Ускорение процессов выветривания для быстрой фиксации углерода В природе силикатные минералы выветриваются с водой и углекислым газом, образуя стабильные карбонатные и бикарбонатные ионы, но этот процесс может занять сотни или даже тысячи лет. С 1990-х годов ученые искали методы ускорения выветривания, тем самым увеличивая скорость поглощения углекислого газа горными породами.

Юйсюань Чэнь, научный сотрудник Стэнфордского университета, и профессор Канан разработали новый процесс, который позволяет преобразовывать медленно выветривающиеся силикаты в более реакционноспособные минералы, способные быстро захватывать и хранить углерод из атмосферы. Разработка этой технологии также была поддержана программой Sustainability Accelerator Стэнфордского университета.

«Мы разработали новый химический подход к активации инертных силикатных минералов с помощью простой реакции ионного обмена, и результаты показали, что он работает даже лучше, чем мы ожидали», — сказал доктор Чен.

Вдохновленный производством цемента, улавливание углерода становится более эффективным

Технология была разработана на основе традиционного производства цемента. Первым этапом производства цемента является нагревание известняка примерно до 1400°C, в результате чего он превращается в оксид кальция. Команда Стэнфорда использовала аналогичный подход, но вместо смешивания с песком они соединили оксид кальция с минералами, содержащими магний и силикаты. После высокотемпературной обработки они образовали оксид магния и силикат кальция, которые быстро реагируют с кислым углекислым газом в воздухе.

Когда эти минералы вступают в контакт с углекислым газом, они быстро реагируют и превращаются в стабильные карбонатные минералы. При комнатной температуре материалы полностью обуглились всего за два часа, тогда как в испытаниях, приближенных к реальным условиям, влажные образцы, подвергавшиеся воздействию воздуха, завершили обугливание в течение недель или месяцев — в тысячи раз быстрее, чем естественное выветривание.

Применяется в сельском хозяйстве и промышленности, обеспечивая как защиту окружающей среды, так и экономические выгоды.

Эта технология имеет широкий спектр потенциальных применений. Он может не только улавливать углекислый газ на больших площадях земли, но и использоваться в сельском хозяйстве для улучшения качества почвы. «Фермеры обычно используют карбонат кальция для регулирования pH почвы, но наш материал может не только заменить известь, но и высвобождать кремний, который может усваиваться культурами, повышая урожайность и устойчивость», — пояснил профессор Каннан.

Кроме того, эту технологию можно интегрировать с существующим оборудованием для производства цемента, чтобы использовать промышленные печи для массового производства реакционноспособных минералов, что еще больше снижает затраты и повышает практичность.

Масштабирование: от лаборатории до глобального влияния

В настоящее время лаборатория команды Стэнфорда может производить около 15 килограммов материала в неделю, но для достижения глобального эффекта необходимо производить миллионы тонн оксида магния и силиката кальция каждый год. Исследовательская группа планирует использовать в качестве сырья отходы горнодобывающей промышленности, такие как оливин и серпентин. Эти минералы имеются в изобилии, и ежегодно во всем мире образуется более 400 миллионов тонн пригодных для использования отходов горнодобывающей промышленности, что является потенциальным источником для крупномасштабного применения. По оценкам, на Земле имеется более десяти триллионов тонн запасов оливина и серпентина, чего достаточно, чтобы навсегда удалить больше углекислого газа, чем выбросило человечество.

Исследователи подсчитали, что после учета выбросов углерода при сжигании природного газа или биотоплива для питания печей, на тонну реактивного материала все равно можно удалить около 1 тонны углекислого газа. Ожидается, что к 2024 году общемировой объем выбросов ископаемого топлива превысит 37 миллиардов тонн. Если эту технологию удастся применить в больших масштабах, она окажет значительное влияние на смягчение последствий изменения климата.

На пути к будущему без выбросов углерода: разработка технологии электропечей

Чтобы еще больше сократить выбросы углерода, Канан сотрудничает с Джонатаном Фаном, доцентом Школы электротехники Стэнфордского университета, над разработкой печей, работающих на электричестве, а не на ископаемом топливе. «Мы уже знаем, как производить миллиарды тонн цемента каждый год, а цементные печи могут работать десятилетиями. «Если мы воспользуемся этими знаниями и разработками, откроется четкий путь от лабораторных открытий к крупномасштабному удалению углерода», — сказал профессор Каннан.

Если его удастся успешно внедрить в промышленность, это станет важным прорывом в борьбе с изменением климата и поможет человечеству двигаться к более устойчивому будущему.

Список литературы

• Стэнфордский университет открыл недорогой метод превращения обычных камней в устройства для улавливания углерода
• Stanford Scientists Just Found a Faster, Cheaper Way to Store Carbon Permanently
• Reference: “Thermal Ca²⁺/Mg²⁺ exchange reactions to synthesize CO₂ removal materials” by Yuxuan Chen, and Matthew W. Kanan, 19 February 2025, Nature.DOI: 10.1038/s41586-024-08499-2

（Источник первой фотографии：Bill Rivard / Precourt Institute for Energy）

Что касается измельчения, мы предлагаем индивидуальные настройки и можем регулировать соотношение в соответствии с требованиями обработки для достижения максимальной эффективности.

Добро пожаловать, свяжитесь с нами, у нас есть кто-то, кто ответит на ваши вопросы.

Если вам нужна индивидуальная расценка, пожалуйста, свяжитесь с нами.

Часы работы службы поддержки клиентов: с понедельника по пятницу с 09:00 до 18:00.

Тел: 07 223 1058

Если у вас есть какие-либо вопросы или вопросы, на которые вы не смогли ответить по телефону, пожалуйста, отправьте мне личное сообщение на Facebook~~

Фейсбук Хоневэй: https://www.facebook.com/honwaygroup

Вас также может заинтересовать…