Um novo artigo de revisão científica na Nature Reviews Chemistry discute como o dióxido de carbono (CO 2 ) se converte de um gás para um sólido em filmes ultrafinos de água em superfícies de rochas subterrâneas. Esses minerais sólidos, conhecidos como carbonatos, são estáveis ??e comuns.

“À medida que as temperaturas globais aumentam, aumenta também a urgência de encontrar maneiras de armazenar carbono ”, disse o pesquisador e coautor do Laboratório Nacional do Noroeste do Pacífico (PNNL) Kevin Rosso. “Ao analisar criticamente nossa compreensão atual dos processos de mineralização de carbono, podemos encontrar as lacunas essenciais para resolver a próxima década de trabalho”.

A mineralização subterrânea representa uma maneira de manter o CO 2 trancado, incapaz de escapar de volta para o ar. Mas os pesquisadores primeiro precisam saber como isso acontece antes que possam prever e controlar a formação de carbonato em sistemas realistas.

"A mitigação das emissões humanas requer fundamentalmente a compreensão de como armazenar carbono", disse o químico do PNNL Quin Miller, coautor principal da revisão científica apresentada na capa da revista. "Há uma necessidade premente de integrar simulações, teoria e experimentos para explorar os problemas de carbonatação mineral."

Em vez de emitir CO 2 no ar, uma opção é bombeá-lo para o solo. Colocar CO 2 no subsolo teoricamente sequestra o carbono. No entanto, vazamentos de gás continuam sendo uma preocupação. Mas se esse gás CO 2 pode ser bombeado para rochas ricas em metais como magnésio e ferro, o CO 2 pode ser transformado em minerais carbonáticos estáveis ??e comuns. O Projeto Piloto de Basalto do PNNL em Wallula é um local de campo dedicado ao estudo do armazenamento de CO 2 em carbonatos.

Embora esses ambientes subsuperficiais sejam geralmente dominados por água, a conversão de dióxido de carbono gasoso em carbonato sólido também pode ocorrer quando o CO 2 injetado desloca essa água, criando filmes extremamente finos de água residual em contato com rochas. Mas esses sistemas altamente confinados se comportam de maneira diferente do CO 2 em contato com uma poça de água.

Em filmes finos, a proporção de água e CO 2 controla a reação. Pequenas quantidades de metal são lixiviadas das rochas, reagindo tanto no filme quanto na superfície da rocha. Isso leva à criação de novos materiais de carbonato.

Trabalhos anteriores liderados por Miller, resumidos na revisão, mostraram que o magnésio se comporta de maneira semelhante ao cálcio em filmes de água fina. A natureza do filme de água desempenha um papel central na forma como o sistema reage.

Compreender como e quando esses carbonatos se formam requer uma combinação de experimentos de laboratório e estudos de modelagem teórica. O trabalho de laboratório permite aos pesquisadores ajustar a proporção de água para CO 2 e observar a formação de carbonatos em tempo real. As equipes podem ver quais produtos químicos específicos estão presentes em diferentes momentos, fornecendo informações essenciais sobre as vias de reação.

No entanto, o trabalho em laboratório tem seus limites. Os pesquisadores não podem observar moléculas individuais ou ver como elas interagem. Os modelos de química podem preencher essa lacuna prevendo como as moléculas se movem em detalhes requintados, dando a espinha dorsal conceitual aos experimentos. Eles também permitem que os pesquisadores estudem a mineralização em condições de difícil acesso experimental.

"Existem sinergias importantes entre modelos e estudos de laboratório ou de campo", disse MJ Qomi, professor da Universidade da Califórnia, Irvine e coautor principal do artigo. "Os dados experimentais fundamentam os modelos na realidade, enquanto os modelos fornecem um nível mais profundo de percepção dos experimentos". A Qomi colabora com a equipe do PNNL há três anos e planeja estudar a mineralização de carbonatos em filmes de água adsorvida.

A equipe delineou as principais questões que precisam ser respondidas para tornar essa forma de armazenamento de carbono prática. Os pesquisadores devem desenvolver o conhecimento de como os minerais reagem sob diferentes condições, particularmente em condições que imitam locais reais de armazenamento, inclusive em filmes de água ultrafinos. Tudo isso deve ser feito por meio de uma combinação integrada de modelagem e experimentos de laboratório.

A mineralização tem o potencial de manter o carbono armazenado com segurança no subsolo. Saber como o CO 2 reagirá com diferentes minerais pode ajudar a garantir que o que é bombeado sob a superfície permaneça lá. Os insights científicos fundamentais do trabalho de mineralização podem levar a sistemas práticos de armazenamento de CO 2 . O Projeto Piloto de Basalto representa um importante local de estudo que une a ciência básica de pequena escala e as aplicações de pesquisa em grande escala.

"Este trabalho combina o foco em insights geoquímicos fundamentais com o objetivo de resolver problemas cruciais", disse Miller. “Sem priorizar as tecnologias de descarbonização, o mundo continuará aquecendo em um grau que a humanidade não pode pagar”.

Miller, Rosso e Todd Schaef foram os autores do PNNL deste estudo. Este trabalho foi realizado em colaboração com MJ Qomi e Siavash Zare da Universidade da Califórnia, Irvine, bem como John Kaszuba da Universidade de Wyoming.