時を経た酸化マグネシウム: CO2吸収ダイナミクスを解明(Time-tested magnesium oxide: Unveiling CO2 absorption dynamics)

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2023-12-07 オークリッジ国立研究所(ORNL)

◆米エネルギー省のオークリッジ国立研究所の科学者は、酸化マグネシウムを使用して大気から二酸化炭素を捕獲し、気候変動の影響を軽減する方法を研究しています。しかし、この技術を経済的にするには、炭酸マグネシウムの結晶に形成される反応層が吸収速度に影響を与えることがわかりました。
◆このアーマリング効果を克服する方法を模索し、炭素負荷エネルギーの目標を達成する可能性があります。これまでの研究では、マグネシウム酸化物と二酸化炭素の反応速度は計算に依存していたが、ORNLの研究では多年代の実験が初めて行われ、反応過程の理解が深まった。コンピュータシミュレーションは、反応層の進化と物質の移動を予測し、技術開発に貢献する。

<関連情報>

MgOの不動態化層による装甲がCO2の直接空気捕集を妨げる Armoring of MgO by a Passivation Layer Impedes Direct Air Capture of CO2

Juliane Weber, Vitalii Starchenko, Ke Yuan, Lawrence M. Anovitz, Anton V. Ievlev, Raymond R. Unocic, Albina Y. Borisevich, Matthew G. Boebinger, and Andrew G. Stack
Environmental Science & Technology  Published:September 22, 2023
DOI:https://doi.org/10.1021/acs.est.3c04690

Abstract

It has been proposed to use magnesium oxide (MgO) to separate carbon dioxide directly from the atmosphere at the gigaton level. We show experimental results on MgO single crystals reacting with the atmosphere for longer (decades) and shorter (days to months) periods with the goal of gauging reaction rates. Here, we find a substantial slowdown of an initially fast reaction as a result of mineral armoring by reaction products (surface passivation). In short-term experiments, we observe fast hydroxylation, carbonation, and formation of amorphous hydrated magnesium carbonate at early stages, leading to the formation of crystalline hydrated Mg carbonates. The preferential location of Mg carbonates along the atomic steps on the crystal surface of MgO indicates the importance of the reactive site density for carbonation kinetics. The analysis of 27-year-old single-crystal MgO samples demonstrates that the thickness of the reacted layer is limited to ∼1.5 μm on average, which is thinner than expected and indicates surface passivation. Thus, if MgO is to be employed for direct air capture of CO2, surface passivation must be circumvented.

0501セラミックス及び無機化学製品
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