Madeline Bartels, pasante del Programa de pasantías de laboratorio de pregrado en ciencias del DOE en PNNL, sostiene roca ultramáfica de un posible sitio de almacenamiento de carbono. Bartels trabaja con un equipo de investigación del PNNL para hacer reaccionar la roca con CO2 Determinar el potencial de mineralización de carbono del sitio. Crédito: Andrea Star | Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico
Mientras miramos al cielo y reflexionamos sobre una de las grandes preguntas de nuestro tiempo: cómo combatir las emisiones de carbono que causan el cambio climático, una posible respuesta se encuentra bajo nuestros pies, en lo profundo de la superficie de la Tierra.
Los científicos del Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico (PNNL) han desarrollado un proceso que convierte el dióxido de carbono (CO)2) como roca sólida. Imita los procesos naturales de la Tierra, pero a un ritmo mucho más rápido: de miles de años a apenas meses. Pero recolectar CO2 En los minerales sólidos, un proceso llamado mineralización de carbono requiere algo más que un simple descubrimiento, a una escala lo suficientemente grande como para generar un impacto.
“Necesitamos formas de medir, verificar y comunicar el CO2 Si lo ponemos en el suelo, se mineraliza y no escapa», dijo el químico jefe del PNNL, Todd Schaef, pionero en la mineralización de carbono en basaltos.
Madeline Bartels, pasante del equipo de Scaife, ayudó a que esto sucediera. Su investigación publicada en la revista. Química analíticaEl carbono cuenta moléculas minerales en cantidades que nadie había medido antes: menos de 100 partes por millón.
«De hecho, podemos ver cuánto carbono estamos encerrando en la roca», dijo Bartels. «Imagínese poner un naipe en un campo de fútbol. Eso equivale a una parte por millón, pero en lugar de eso estamos midiendo la cantidad de minerales de carbono en una pequeña muestra de roca triturada».
Primero, era como si estuviera mirando las cartas en el campo desde la fila superior de las gradas. Ahora está en el campo con una vista de cerca.
Estados Unidos emite más de 6.300 millones de toneladas métricas de dióxido de carbono al año. Utilizando la técnica de almacenamiento de carbono PNNL en el sitio de demostración piloto de Wallula Basalt en 2013, los investigadores inyectaron 977 toneladas métricas de CO líquido.2 Bajo tierra, lo volvió a examinar después de 22 meses y descubrió que se había convertido en un mineral sólido.
¿Cómo sabemos el CO?2 ¿Formado en roca?
La mineralización de carbono puede bloquear el CO2 A mayor escala, todavía no existe un proyecto a escala comercial en Estados Unidos. Permiso especial para inyectar CO2 Se necesita el subsuelo, pero aún no se logra porque los requisitos industriales aún se están desarrollando y probando.
«El Departamento de Energía, las comunidades, las partes interesadas, la industria y los laboratorios nacionales están trabajando juntos para garantizar que tengamos las mejores herramientas para el almacenamiento sostenible y seguro de CO.2 a través de la mineralización en basaltos y otras rocas reactivas», dijo Quinn Miller, coautora del artículo y mentora de Bartels.
Si se adopta como estándar, la técnica de espectrometría de masas de análisis termogravimétrico (TGA-MS) algún día podría ser utilizada por empresas privadas para medir y verificar la cantidad de CO.2 Cierre.
«Es realmente genial que la investigación en la que estaba trabajando cuando era estudiante pueda hacer una contribución significativa al campo a medida que emerge», dijo Bartels, quien participó en dos pasantías SULI del Departamento de Energía, Oficina de Desarrollo de la Fuerza Laboral Científica para Maestros y Científicos. mientras obtenía su maestría en la Universidad de Yale.
TGA-MS se realizó en muestras de corte de perforación recuperadas del pozo Wallula como prueba.
«Trituramos las muestras de roca hasta obtener una forma muy fina y en polvo y ponemos una pequeña cantidad del tamaño de una semilla de girasol en una máquina que se calienta y detecta el peso de la muestra», dijo Bartels.
A altas temperaturas se producen diversas reacciones. Moléculas de agua y CO2 Las moléculas se liberan de la muestra y entran en un pequeño tubo conectado a un espectrómetro de masas.
«La cantidad y el origen del carbono pueden ser difíciles de comprender», afirmó Miller. «Podemos hacer muchas cosas, como disparar rayos X a las rocas e intentar ver carbonatos de esa manera, pero TGA-MS nos permite ver cantidades mucho más pequeñas de las que podemos detectar con nuestros rayos X».
Esta técnica permitió a los investigadores cuantificar los minerales de carbono cuando ingresaban al espectrómetro de masas a través del tubo. Detectaron minerales en niveles tan pequeños como 48 partes por millón, el primer estudio conocido que lleva la cuantificación TGA-MS a dos dígitos. Utilizando las mediciones, el equipo de PNNL creó una curva de calibración para correlacionar el peso de los minerales de carbono con su señal TGA-MS, lo que les permitió cuantificar la cantidad de minerales de carbono en una muestra.
Asesoramiento a la próxima generación de expertos en mineralización de carbono
A medida que se desarrolle el campo de investigación, Schaef y Miller invertirán para llevar el descubrimiento de la mineralización de carbono de PNNL a escala comercial y unir a estudiantes e investigadores que inician su carrera en la búsqueda de soluciones de gestión de carbono.
«La participación de Madeline en SULI le dio la oportunidad de aprender de forma práctica, publicar un artículo como primera autora y aparecer en la portada. Es un trabajo fantástico e impresionante», afirmó Miller. «Cuanta más gente tengamos en este equipo, más perspectivas, ideas y métodos se presentarán sobre cómo hacer cosas para escalar esta investigación».
Bartels se reincorporó a PNNL este verano como pasante de SULI y planea continuar su investigación sobre geoquímica y mineralización de carbono como estudiante de posgrado.
«Como laboratorio nacional, queremos inspirar a la próxima generación y eso es lo que estamos haciendo aquí», afirmó Schaef. «He estado en este campo durante 32 años y me encantaría capacitar a más personas como Madeline para, con suerte, encontrar soluciones a estos desafíos que enfrenta la sociedad».
Más información:
Madeline F. Bartels et al., Cuantificación de minerales de carbonato de partes por millón con análisis termogravimétrico-espectrometría de masas, Química analítica (2024) DOI: 10.1021/acs.analchem.3c03936
Proporcionado por el Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico
referencia: Almacenamiento subterráneo de CO₂: los investigadores miden la mineralización de carbono a una escala sin precedentes (2024, 25 de julio) Consultado el 27 de julio de 2024 en https://phys.org/news/2024-07-underground-co8322-storage-carbon-mineralization.html
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