Bilim İnsanları, Karbondioksiti Kayanın İçine Hapsetmenin Daha Kolay Bir Yolunu Geliştirdi
Fotoğraf: Doğada, bu manyezitin oluşması binlerce yılı bulur. Artık araştırmacılar bu minerali laboratuvarda küçük miktarlarda oluşturabiliyorlar ve oluşumu sadece üç ay sürüyor.
Bilim insanları, iklim değişikliği hızını yavaşlatmanın bir yolu olarak karbondioksitin kayalara hapsedilmesini önerdiler. Ama şimdiye kadar bunu yapabilmenin kolay bir yolunu bulamadılar. Tüm önerilen yöntemler zor, maliyetli ya da çok fazla enerji gerektiriyordu. Neyse ki şimdiye kadar. Kanada’daki araştırmacılar, sera gazı toplamak ve hapsetmek için yeni bir teknoloji tasarladılar.
Ian Power, kireçtaşı ve diğer minerallerin dünya üzerindeki karbondioksitin (CO2) büyük bir kısmını çoktan bünyesinde biriktirdiğini belirtiyor. Ian Power, Kanada Peterborough’daki Trent Üniversitesi’nde bir yerbilim uzmanıdır. Sorun şu ki: Bu doğal süreç çok yavaştır. Süreç, binlerce, hatta milyonlarca yıl alabilir. Şu anda, “Artık Dünya’nın ayak uyduramadığı kadar çok CO2 yayıyoruz” diye açıklıyor.
Ancak Power’ın ekibi, doğanın yavaş yaptığı işi hızlıca yapmanın bir yolunu buldu. Manyezit adlı bir mineral CO2‘i hapseder. Bu mineralin (magnezyum karbonat olarak da bilinir) bir tonu yaklaşık yarım ton CO2 depolayabilir. Bu kimyasalın oluşması normalde binlerce yıl sürer. Ancak Power’ın grubu kendi laboratuvarlarında bu oluşumu birkaç ay içinde gerçekleştirdi.
14 Ağustos’ta düzenlenen, Boston’un Mass şehrindeki Goldschmidt jeokimya konferansında Power, ekibinin bunu nasıl yaptığını anlattı.
Laboratuvar bu CO2 “sünger”ini nasıl bu kadar hızlı oluşturdu?
İyonlar, elektrik yüklü atomlar veya moleküllerdir. Power’ın grubu, pozitif yüklü magnezyum iyonları ve negatif yüklü karbonat iyonlarını birleştirdi (Karbonat iyonları, karbondioksitin su ile karışmasıyla oluşur). Doğal manyezit çok fazla CO2 içerebilir.
Manyezit doğal olarak oluşur. Ancak, Dünya’nın yüzeyinde oluşma süreci çok yavaştır. Araştırmacılar, CO2’i Dünya’nın derinliklerine pompalamayı düşündüler. Ne kadar derin? Kilometrelerce aşağıdaki mantoya. Orada olivin denilen kayalar magnezyum içerir. Aynı zamanda aşağısı oldukça da sıcaktır. Burada gazlar yüksek basınç altında ezilerek magnesitin daha hızlı oluşturabilirdi. Ancak bu süreç oldukça zor ve maliyetli olacaktır. Bilim insanları ilk olarak kayaya hapsetmeyi umdukları CO2‘yi taşımalı ve depolamalıdır. Ayrıca, CO2‘yi yerleştirmek için yeraltındaki iyi yerleri tespit etmek zorundadırlar.
Power’ın grubu bunu farklı bir şekilde yapmayı tercih etti – laboratuvarlarında.
Yapmaları gerekeni öğrenmek için, Power ve ekibi doğanın manyeziti nasıl oluşturduğunu araştırdı. Bunu yapmak için, bu mineralin Dünya yüzeyinde oluştuğu, bildikleri bir yere gittiler. Bu yer Kanada’nın batısındaki British Columbia eyaletinin kuzeyinde bulunan bir yerdi.
Playalar olarak bilinen kuru havzalarda, yeraltı suyu kayalardan akar. Yol boyunca magnezyum ve karbonat iyonlarını toplar. Zamanla bu iyonlar, manyeziti oluşturmak için tepkimeye girer. Oluşan bu mineral yavaşça sudan ayrılır ve kayayı oluşturur.
Power, doğal süreç için, “Yavaş olduğunu biliyorduk,” diyor. “Ama hiç kimse hızını ölçmemişti.” British Columbia’da bu sürecin başlangıcının, 11.000 yıl öncesine kadar dayandığını belirtiyor.
Bilim insanları laboratuvarda çok fazla ısı kullanarak, kayaları ve CO2‘yi birleştirebilirler. Bu, minerali hızlı bir şekilde oluşturabilirdi – ama sadece fazla maliyetli enerji kullanarak, diyor Power. Bu yüksek enerji gerekliliği suyun araya girmesinden kaynaklanmaktadır. Magnezyum iyonları suya geçtiğinde, su molekülleri iyonların etrafında bir “kabuk” oluştururlar. Bu, magnezyumun karbonat iyonlarına yapışmasını engeller. Power, “Bu su moleküllerini uzaklaştırmak zordur” diyor. Ama siz yapmadığınız sürece, manyezitin oluşması çok uzun zaman alacaktır diye ekliyor.
Bu sorunun üstesinden gelmek için araştırmacılar, magnezyumdan suyu uzaklaştırdılar. Bunu yapmak için binlerce küçük plastik top veya mikro küreyi eklediler. Her birinin çapı yaklaşık 20 mikrometre idi. Polistirenden yapılmış küçük toplar, suyu kendine çeken moleküller ile kaplanmıştı. Su bağlandıkça, magnezyum iyonları artık karbonatla bağ kurmakta özgürdü.
Power, mikro topu kullanarak araştırmacıların 72 günde manyezit ürettiklerini söylüyor. İyi haber: Aynı mikro kürelerin tekrar tekrar tekrar kullanılabilir olduklarını ekliyor.
Halen alınacak uzun bir yol var
Bilim insanları şimdiye kadar laboratuvarda sadece az miktarda manyezit ürettiler. Toplamları – bir mikrogram – bir ataşın ağırlığı yaklaşık milyonda biri. Bu nedenle Powers, her yıl üretilen milyonlarca ton CO2‘yi yakalamaya başlamadan önce sürecin çok fazla iyileştirmeye ihtiyacı olduğunu söylüyor.
Ancak büyük bir endişe kaynağı oldu, diyor. Bunu oda sıcaklığında ve basınçta yapmanın mümkün olduğunu gösterdiler. Artık ekip süreci nasıl daha verimli hale getirebileceğini araştırabilir.
Blacksburg’da bulunan Virginia Teknoloji Enstitüsünde jeokimyacı olan Patricia Dove, “Sonuç gerçekten beni şaşırttı” diyor. Bu sürecin ne kadar maliyetli veya verimli olacağı net değil. Ama “kesinlikle çok ilgi çekici” diye yorumluyor.
Kelimeler
Atom: Bir kimyasal elementin temel birimi. Atomlar, pozitif yüklü protonları ve yüksüz nötronları içeren yoğun bir çekirdekten oluşur. Çekirdek, negatif yüklü bir elektron bulutu tarafından orbite edilir.
Havza (jeolojide): Genellikle deniz seviyesinin altında kalan alçak bir alan. Suyu toplar, daha sonra dipteki ince kum tabakası ve diğer tortuları biriktirir. Bu malzemeleri topladığı için bazen bir kaptaj veya bir drenaj havzası olarak anılır.
Bağ (kimyada): Bir molekülde atomlar veya atom grupları arasında yarı kalıcı bir bağlantı. Bu bağ, katılan atomlar arasında çekici bir güç tarafından oluşturulur. Bir kez bu bağ oluştuğunda, atomlar bir birim olarak davranacaktır. Birleşen atomlarını ayırmak için, ısı veya radyasyonun başka bir türünde moleküle enerji verilmelidir.
Karbon: Atom numarası 6 olan kimyasal element. Dünyadaki tüm yaşamın fiziksel dayanağıdır. Karbon grafit ve elmas olarak serbestçe bulunur. Kömür, kireçtaşı ve petrolün önemli bir parçasıdır ve kimyasal, biyolojik veya ticari açıdan önemli olan çok sayıda molekülü oluşturmak için kimyasal olarak kendi kendine bağlanabilir.
Karbonat: Kireçtaşını oluşturanlar dahil olmak üzere karbon ve oksijen içeren bir grup mineral.
Karbondioksit (veya CO2): Tüm hayvanların solunum esnasında aldıkları oksijenin, yedikleri karbon bakımından zengin gıdalarla reaksiyona girmesi sonucu meydana gelen renksiz, kokusuz bir gazdır. Karbondioksit organik bir madde (petrol veya gaz gibi fosil yakıtlar dahil) yandığında da açığa çıkar. Karbondioksit, atmosferde ısıyı yakalayan bir sera gazı gibi davranır. Bitkiler, kendi yiyeceklerini üretmek için, fotosentez süreci sırasında karbondioksiti oksijene dönüştürür.
Kimyasal: Sabit bir oranda ve yapıda birleşen (bağ) iki veya daha fazla atomdan oluşan bir madde. Örneğin, su iki hidrojen atomunun bir oksijen atomuna bağlandığı zaman oluşan bir kimyasaldır. Kimyasal formülü H2O’dur. Kimyasal ayrıca, farklı bileşikler arasındaki çeşitli reaksiyonların sonucu olan malzemelerin özelliklerini tanımlamak için bir sıfat olabilir.
İklim değişikliği: Dünya ikliminde uzun vadeli, önemli bir değişim. Doğal olarak gerçekleşebilir veya fosil yakıtların yakılması ve ormanların yok edilmesi dahil olmak üzere insan faaliyetleri sonucu gerçekleşebilir.
Çap: Bir kenarın ortasından başlayıp uzak taraftaki uçta biten bir daire veya küre şeklindeki nesnenin merkezinden geçen düz bir çizginin uzunluğu.
Jeokimya: Yeryüzünün veya başka bir göksel cismin (ay veya Mars gibi) katı maddesindeki kimyasal bileşenler ve kimyasal değişimlerle ilgilenen bir bilim. Jeokimyayı inceleyen bilim insanlarına jeokimyacı denir.
Sera gazı: Isıyı emerek sera etkisine katkıda bulunan bir gazdır. Karbon dioksit, bir sera gazı örneğidir.
Yeraltı suyu: Toprakta ya da gözeneklerde ve kaya çatlaklarında tutulan su.
İyon: Bir veya daha fazla elektronun kaybı veya kazancı nedeniyle elektrik yüklü hale gelen bir atom veya molekül. İyonize bir gaz veya plazma, tüm elektronların ana atomlarından ayrılmasıyla oluşur.
Kireç taşı: Kalsiyum karbonatın zamanla birikmesi, daha sonra yüksek basınç altında sıkışmasıyla oluşan doğal bir kayadır. Başlangıçtaki kalsiyum karbonatın çoğu, ölen deniz hayvanlarının kabuklarından gelir. Ancak, bu kimyasal ayrıca, özellikle karbondioksit uzaklaştırıldıktan sonra (örneğin, bitkiler tarafından) suyun dışına taşınabilir.
Magnezyum: Periyodik tabloda 12 numara olan metalik bir element. Beyaz bir ışıkla yanar ve Dünya yüzeyinde en bol olan sekizinci elementtir.
Magnezyum karbonat: Beyaz renkli katı bir mineral. Her molekül, bir karbon ve üç oksijen atomu olan bir gruba bağlı bir magnezyum atomundan oluşur. Yangın önleyicilerde, kozmetikte ve diş macunlarında kullanılır. Dağcılar ve jimnastikçiler, kavramalarını iyileştirmek için ellerine kurutma maddesi olarak magnezyum karbonatın tozunu sürerler.
Manto (jeolojide): Dış kabuğunun altında bulunan, Dünya’nın kalın tabakası. Manto yarı katıdır ve genellikle üst ve alt mantoya olarak ayrılır.
Mikrometre (bazen mikron denir): Milimetrenin binde biri veya bir metrenin milyonda biri.
Mineral: Kuvars, apatit veya çeşitli karbonatlar gibi kaya oluşturan kristale dönüşen maddeler. Çoğu kayaç, birbirine karıştırılmış birkaç farklı mineral içerir. Bir mineral genellikle oda sıcaklığında katı ve stabildir, belirli bir formül veya reçeteye (belirli oranlarda meydana gelen atomlarla) ve belirli bir kristal yapıya sahiptir (bu, atomlarının düzenli üç boyutlu desenlerde düzenlendiği anlamına gelir).
Molekül: Bir kimyasal bileşiğin mümkün olan en küçük miktarını temsil eden, elektriksel olarak nötr bir atom grubu. Moleküller tek tip veya farklı tip atomlardan oluşabilir. Örneğin, havadaki oksijen iki oksijen atomundan (O2) oluşur; ancak su, iki hidrojen ve bir oksijen atomundan (H2O) oluşur.
Plastik: Kolayca deforme olabilen bir dizi malzemeden herhangi biri veya hafif, ucuz ve bozulmaya karşı dirençli olan polimerlerden (bazı yapıtaşı moleküllerinin uzun dizileri) yapılmış olan sentetik malzemeler.
Playa: Periyodik olarak sığ bir göl oluşturan düz tabanlı bir çöl alanı.
Polistiren: Ham petrol ve/veya doğal gazdan rafine edilmiş (üretilmiş) kimyasallardan yapılmış bir plastik. Polistiren en yaygın kullanılan plastiklerden biridir ve yaygın olarak kullanılan beyaz, sert köpük (genellikle strafor adıyla satılan) üretmek için kullanılan bir maddedir.
Basınç: Birim alan başına uygulanan kuvvet olarak ölçülen, bir yüzey üzerinde eşit olarak uygulanan kuvvet.
Kaynak: sciencenewsforstudents.org