15.12.2018
PL EN
14.05.2015 aktualizacja 14.05.2015

Glina przyszłością magazynowania CO2?

Dr Zbigniew Rozynek w laboratorium uniwersytetu NTNU. Źródło: Zbigniew Rozynek Dr Zbigniew Rozynek w laboratorium uniwersytetu NTNU. Źródło: Zbigniew Rozynek

Odpowiednio przygotowana glina syntetyczna może być skutecznym i tanim materiałem pozwalającym przechwytywać i przechowywać gaz cieplarniany, jakim jest dwutlenek węgla. Wskazują na to badania międzynarodowego zespołu naukowców.

"Naukowcy szukają sposobu na łatwe, tanie i efektywne przechwytywanie oraz przechowywanie cząsteczek dwutlenku węgla (CO2). W tym celu testują różnorodne materiały, wśród nich glinę, a ściślej mówiąc materiały ilaste, będące jej głównym składnikiem" - tłumaczy w rozmowie z PAP dr Zbigniew Rozynek, fizyk z PAN, który podczas swojego stażu podoktorskiego w Norwegii (NTNU-Trondheim) prowadził badania dotyczące adsorpcji i desorpcji CO2 w materiałach ilastych.

W przyszłości umiejętność wychwytywania CO2 może się okazać kluczowa dla zwalczania emisji gazów cieplarnianych.

"Najnowsze badania wskazują na to, że tzw. materiał ilasty, będący głównym składnikiem naturalnej gliny - czyli dobrze nam znanego materiału obficie występującego w naturalnym środowisku - może się okazać równie dobrym materiałem, jak inne, bardziej zaawansowane, ale drogie materiały. Największą korzyścią z wykorzystania materiałów ilastych jest ich dostępność, która bezpośrednio przekłada się na niższy koszt" - wyjaśnia dr Rozynek.

Obecnie na całym świecie eksperci sprawdzają, który typ materiału nadaje się najlepiej do procesu sorpcji CO2. Jednocześnie poszukuje się metod pozwalających powtórnie wykorzystywać CO2, albo go przechwytywać i składować do momentu, aż w przyszłości nauczymy się go wykorzystywać. Jednym z pomysłów jest właśnie przechowywanie CO2 w różnych materiałach, np. w glinie - tłumaczy fizyk.

Obiecujące są wyniki badań z tym związanych, prowadzonych przez międzynarodowy zespół naukowców pod kierunkiem prof. Jona Otto Fossuma Wydziału Fizyki na Norweskim Uniwersytecie Nauki i Technologii (NTNU) w Trondheim. Wyniki przedstawiono w "Scientific Reports" grupy wydawniczej Nature, pierwszym autorem publikacji był Leander Michels z NTNU.

W swoich badaniach naukowcy skupili się na smektycie – syntetycznym, wyprodukowanym w laboratorium materiale ilastym, stosowanym m.in. do produkcji kremów do rąk czy past do zębów. "Smektyt spełnia praktycznie wszystkie warunki niezbędne do tego, by uznać go za dobry materiał do przechowywania CO2. Jest on tani, nadaje się do powtórnego wykorzystania, a co najważniejsze, jest materiałem porowatym posiadającym bardzo dużą powierzchnię właściwą, co oznacza, że potrafi adsorbować olbrzymie ilości cząsteczek" - podkreśla Zbigniew Rozynek.

Smektyt (podobnie jak inne materiały ilaste) jest materiałem warstwowym: składa się z wielu bardzo cienkich, krystalicznych warstw o grubości mniejszej niż 1 nanometr, nałożonych jedna na drugą. "Nieco przypomina talię kart lub książkę, w której między stronami znajdują się niewielkie puste przestrzenie. Taka warstwowa struktura sprawia, że powierzchnia adsorpcyjna smektytu jest wielokrotnie większa w stosunku do innego materiału o tej samej objętości, ale bardziej jednolitej budowie. Na powierzchni każdej z tych cienkich warstw znajdują się ładunki negatywne, a pomiędzy warstwami - jony o ładunku dodatnim (kationy), które spełniają rolę +kleju+ łączącego każdą z cieniutkich warstw" - opowiada dr Rozynek.

Jednym z mechanizmów, dzięki którym dwutlenek węgla może być sorbowany w smektycie polega na tym, że może się on wiązać ze wspomnianymi kationami.

Nowe badania dowiodły, że rodzaj kationów w smektycie wpływa na dynamikę przechwytywania CO2 przez ten materiał, a także na temperaturę, powyżej której molekuły CO2 są uwalniane. W praktyce oznacza to, że odpowiednio przygotowana syntetyczna glina szybciej pochłania i oddaje gaz, a wybierając właściwy rodzaj kationów proces można przeprowadzić szybciej i taniej.

Naukowcy doszli do swoich wniosków testując smektyty z trzema rodzajami kationów: litu, sodu i niklu. "Zauważyliśmy, że kiedy zamienimy rodzaj jonów znajdujących się pomiędzy warstwami krystalicznymi, zmienia się też dynamika wiązania i uwalniania dwutlenku węgla. Jeśli w glinie znajdują się np. jony litu, to przy tej samej temperaturze i ciśnieniu dwutlenek węgla zostanie pochłonięty o wiele szybciej, niż jeśli wykorzystamy glinę z np. kationami sodu" - mówi fizyk.

Od początku rewolucji industrialnej w połowie XIX w. stężenie dwutlenku węgla w atmosferze wzrasta w niespotykanym tempie. Naukowcy twierdzą, że za większość tego wzrostu odpowiada aktywność człowieka, np. spalanie paliw kopalnych. Umiejętność wychwytywania dwutlenku węgla może się w przyszłości okazać kluczowa dla zwalczania emisji gazów cieplarnianych.

"To, czym zajmowała się nasza grupa, to typowe badania podstawowe, prowadzące do zrozumienie właściwości badanego systemu. Wiele badań przeprowadza się najpierw zaczynając od uproszczonego systemu. Tutaj takim uproszczeniem było wyeliminowanie wody (wilgotności), która w normalnych warunkach jest obecna pomiędzy warstwami krystalicznymi smektytu, a która to może zmienić przebieg procesu i zachowanie kationów. Dlatego do bezpośrednich zastosowań droga wciąż daleka. Cieszę się jednak, że mogłem wziąć udział w tak ciekawym projekcie badawczym i dołożyć swoją cegiełkę" - dodaje Zbigniew Rozynek.

PAP - Nauka w Polsce, Anna Ślązak

zan/ agt/

Copyright © Fundacja PAP 2018