氧化鎂：實現高 效碳抓捕的關鍵材料
國家實驗室對用于碳捕集的氧化鎂的研究表明，由于表面層的形成，吸收率會隨著時間的推移而減慢，這對經濟可行性提出了挑戰，并為未來以解決方案為重點的研究提供了指導。氧化鎂是一種很有前景的材料，可直接從大氣中捕獲二氧化碳并將其注入地下深處，以限制氣候變化的影響。然而，要使這種方法經濟實用，就必須表現二氧化碳的吸收速度以及環境條件如何影響相關的化學反應。
在一種擬議的碳捕集方法中，地面上的氧化鎂晶體與周圍空氣中的二氧化碳分子結合，形成碳酸鎂。然后加熱碳酸鎂，使其重新轉化為氧化鎂，并釋放出二氧化碳，將其置于地下或封存起來。國家實驗室的科學家們分析了一組暴露在大氣中長達幾十年的氧化鎂晶體樣本，以及暴露在大氣中數天至數月的另一種氧化鎂晶體樣本以測定反應速度。他們發現，由于氧化鎂晶體表面形成的反應層，二氧化碳在較長時間內的吸收速度較慢。
這種反應層是不同固體的復雜混合體，限制了二氧化碳分子找到新鮮氧化鎂進行反應的能力。為了使這項技術經濟實用，我們現在正在研究克服這種鎧甲效應的方法，如果我們能做到這一點，這個過程也許就能實現碳負能源地球射擊的目標，即以每公噸二氧化碳不到100美元的價格從空氣中捕獲千兆噸級的二氧化碳。"之前的大部分研究旨在了解氧化鎂和二氧化碳發生化學反應的速度，這些研究依賴于粗略的計算，而不是材料測試。這項研究標志著首 次進行了長達數十年的測試，以確定長時間范圍內的反應速度。研究人員利用 納米材料科學中心（CNMS）的透射電子顯微鏡發現，反應層已經形成。該層由各種復雜的結晶和無定形水合相和碳酸鹽相組成。
研究人員維塔利-斯塔琴科（Vitaliy Starchenko）說："此外，通過進行一些反應傳輸模型計算機模擬，我們確定隨著反應層的形成，它能更好地阻止二氧化碳找到新的氧化鎂發生反應。因此，我們正在研究如何繞過這一過程，讓二氧化碳找到新的表面與之發生反應。"計算機模擬有助于科學家和工程師了解反應層是如何演變的，以及隨著時間的推移，物質在其中移動的方式是如何變化的。通過計算機模型，可以預測材料科學和地球化學等自然和工程系統中材料的反應和移動。
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