Les recherches du laboratoire national d'Oak Ridge sur l'oxyde de magnésium pour le captage du carbone montrent que les taux d'absorption ralentissent avec le temps en raison de la formation de couches superficielles, ce qui remet en question la viabilité économique et fournit des orientations pour de futures recherches axées sur les solutions. L’oxyde de magnésium est un matériau prometteur pour capter le dioxyde de carbone directement de l’atmosphère et l’injecter en profondeur pour limiter les effets du changement climatique. Cependant, pour que cette approche soit rentable, il faudra découvrir la rapidité avec laquelle le dioxyde de carbone est absorbé et comment les conditions environnementales affectent les réactions chimiques associées.
Des scientifiques du laboratoire national d'Oak Ridge (ORNL) du ministère américain de l'Énergie ont analysé un échantillon de cristaux d'oxyde de magnésium exposé à l'atmosphère pendant des décennies, ainsi qu'un autre échantillon de cristaux d'oxyde de magnésium exposé à l'atmosphère pendant des jours, voire des mois, afin de déterminer les taux de réaction. Ils ont découvert que le dioxyde de carbone était absorbé plus lentement sur des périodes plus longues en raison de la couche réactive formée à la surface des cristaux d’oxyde de magnésium.
"Cette couche réactive est un mélange complexe de différents solides, limitant la capacité des molécules de dioxyde de carbone à trouver de l'oxyde de magnésium frais avec lequel réagir. Pour rendre cette technologie rentable, nous travaillons actuellement sur les moyens de surmonter cet effet d'armure", a déclaré Juliane Weber de l'ORNL, chercheuse principale du projet. "Si nous y parvenons, ce processus pourrait permettre d'atteindre l'objectif d'un Earthshot négatif en carbone, qui consiste à capturer des gigatonnes de dioxyde de carbone de l'air pour moins de 100 dollars par tonne de dioxyde de carbone."
La plupart des études précédentes visant à comprendre la rapidité avec laquelle l'oxyde de magnésium et le dioxyde de carbone réagissent chimiquement reposaient sur des calculs au fond de l'enveloppe plutôt que sur des tests de matériaux. L’étude ORNL marque le premier test s’étalant sur des décennies visant à déterminer la vitesse des réponses sur de longues périodes de temps. En utilisant la microscopie électronique à transmission au Centre pour la science des nanomatériaux (CNMS) de l'ORNL, les chercheurs ont découvert qu'une couche réactive s'était formée. Cette couche est constituée d’une variété complexe de phases cristallines et amorphes hydratées et carbonatées.
"De plus, en effectuant des simulations informatiques sur un modèle de transport de réaction, nous avons déterminé qu'à mesure que la couche de réaction se forme, elle empêche mieux le dioxyde de carbone de trouver un nouvel oxyde de magnésium avec lequel réagir", a déclaré Vitaliy Starchenko, chercheur à l'ORNL. "Nous cherchons donc comment contourner ce processus et permettre au dioxyde de carbone de trouver de nouvelles surfaces avec lesquelles réagir."
Les simulations informatiques aident les scientifiques et les ingénieurs à comprendre comment la couche de réaction évolue et comment la façon dont la matière la traverse change au fil du temps. Les modèles informatiques permettent de prédire la réaction et le mouvement des matériaux dans des systèmes naturels et artificiels tels que la science des matériaux et la géochimie.
Source compilée : ScitechDaily