Dok gledamo u nebo iznad i razmišljamo o jednom od najvećih pitanja našeg vremena – kako se boriti protiv emisija ugljenika koje pokreću klimatske promene – potencijalni odgovor može da leži ispod naših nogu, u dubokoj zemljinoj površini.
Naučnici Pacifičke severozapadne nacionalne laboratorije (PNNL) razvili su proces koji transformiše ugljen-dioksid (CO₂) u čvrstu stenu. Imitira prirodne procese na Zemlji, ali mnogo bržim tempom — od hiljada godina do samo meseci. Ali skladištenje CO₂ u čvrstim mineralima, proces koji se naziva mineralizacija ugljenika, u dovoljno velikoj meri da izvrši uticaj, zahteva više od samog otkrića.
„Potrebni su nam načini da izmerimo, proverimo i saopštimo da je CO₂ koji smo stavili u zemlju mineralizovan i da neće pobeći“, rekao je glavni hemičar PNNL Todd Schaef, koji je bio pionir mineralizacije ugljenika u bazaltima.
Medlin Bartels, pripravnica u Šaefovom timu, pomogla je u tome. Njeno istraživanje, objavljeno u časopisu Analitička hemija, broji molekule minerala ugljenika na skali koju niko ranije nije merio – manje od 100 delova na milion.
„Zapravo možemo da vidimo koliko ugljenika zaključavamo u steni“, rekao je Bartels. „Zamislite da stavite kartu za igranje na fudbalski teren. To bi bilo ekvivalentno skali onoga što bi bio jedan deo na milion, ali umesto toga merimo količinu ugljeničnih minerala u malom uzorku stene u prahu.“
Ranije kao da su sa gornjeg reda tribina gledali te karte za igranje na terenu. Sada su na terenu sa pogledom izbliza.
Sjedinjene Države emituju više od 6.300 miliona metričkih tona ugljen-dioksida godišnje. Koristeći PNNL tehniku skladištenja ugljenika na pilot lokaciji Valula Basalt Pilot 2013. godine, istraživači su ubrizgali 977 metričkih tona tečnog CO 2 pod zemlju, ponovo su ga pregledali nakon 22 meseca i otkrili da se pretvorio u čvrsti mineral.
Iako mineralizacija ugljenika može da zadrži CO 2 u velikim količinama, još uvek nije postojao projekat komercijalnog razmera u Sjedinjenim Državama. Potrebna je posebna dozvola za ubrizgavanje CO 2 pod zemlju, ali do sada nije dobijena jer se industrijski zahtevi još uvek razvijaju i testiraju.
„Odeljenje za energetiku, zajednice, zainteresovane strane, industrija i nacionalne laboratorije rade zajedno kako bismo osigurali da imamo najbolje alate za održivo, bezbedno i sigurno skladištenje CO 2 putem mineralizacije u bazaltima i drugim reaktivnim stenama“, rekao je Kvin. Miler, koautor rada i mentor Bartelsa.
Ako se usvoji kao standard, tehnika masene spektrometrije termogravimetrijske analize (TGA-MS) mogla bi jednog dana da se koristi od strane privatnih kompanija za merenje i proveru količine CO 2 koja se zaključava.
„Stvarno je super što istraživanje na kojem sam radio kao student može dati značajan doprinos ovoj oblasti kako se pojavljuje“, rekao je Bartels, koji je učestvovao u dva Odeljenja za energetiku, Kancelarije za razvoj radne snage u nauci za nastavnike i naučnike SULI imenovanja za stažiranje dok je stekla diplomu na Univerzitetu Jejl.
TGA-MS je sproveden na uzorcima sečenja bušotina izvučenim iz bušotine Vallula kao test.
„Uzorke stena smo samleli u veoma fini i praškasti oblik i stavili malu količinu — otprilike veličine semena suncokreta — u mašinu koja se zagreva i prati težinu uzorka“, rekao je Bartels.
Na visokoj temperaturi dolazi do različitih reakcija. Molekuli vode i CO 2 molekuli se oslobađaju iz uzorka i ulaze u malu cev, spojenu na maseni spektrometar.
„Može biti teško uočiti količinu i izvor ugljenika“, rekao je Miler. „Možemo da uradimo mnogo stvari kao što je snimanje rendgenskih zraka na stene i pokušaj da se na taj način posmatraju karbonati, ali TGA-MS nam omogućava da gledamo mnogo manje količine od onoga što smo uspeli da otkrijemo sa našim Ks- zraci“.
Tehnika je omogućila istraživačima da kvantifikuju ugljenične minerale dok su ulazili u maseni spektrometar kroz cev. Otkrili su minerale na minimalnom nivou od 48 delova na milion, što je prva studija za koju se zna da je smanjila TGA-MS kvantifikaciju na dvocifrene cifre. Koristeći merenja, PNNL tim je napravio kalibracionu krivu da poveže težinu ugljeničnih minerala sa njihovim TGA-MS signalom, omogućavajući im da kvantifikuju količinu ugljeničnih minerala u uzorku.
Kako se polje istraživanja razvija, Schaef i Miller ulažu u dovođenje PNNL otkrića mineralizacije ugljenika u komercijalne razmere i inspirišu studente i istraživače u ranoj karijeri da se pridruže potrazi za rešenjima za upravljanje ugljenikom.
„Madelinino učešće u SULI-ju dalo joj je priliku da nauči iz ruku, objavi rad kao prvi autor i bude predstavljena na naslovnoj strani. Bio je to sjajan, upečatljiv rad“, rekao je Miler. „Što više ljudi imamo u ovom timu, više perspektiva, ideja i metoda se uvodi o tome kako da uradimo stvari kako bismo ovo istraživanje doveli do obima.“
Bartels se ovog leta ponovo pridružila PNNL-u kao stažista SULI i planira da nastavi svoje istraživanje mineralizacije ugljenika i geohemije kao diplomirani student.
„Kao nacionalna laboratorija, želimo da privučemo sledeću generaciju i to je ono što radimo ovde“, rekao je Šef. „Ja sam u ovoj oblasti više od 32 godine i voleo bih da obučim više ljudi poput Medlin da, nadam se, pronađu rešenja za ove izazove sa kojima se društvo suočava.“
